北京訊 目前已報(bào)道的微觀摩擦機(jī)制大多數(shù)與潤(rùn)滑材料的本征結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，例如表面變形能力（褶皺）、粘附、環(huán)境化學(xué)反應(yīng)性等等。但目前所使用的潤(rùn)滑材料無法同時(shí)克服這些摩擦機(jī)制來實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能。傳統(tǒng)材料分類中無機(jī)材料表面剛度大，變形能力弱，但是其固有表面能高，從而導(dǎo)致了較高的粘附。聚四氟乙烯（PTFE）等有機(jī)聚合物材料固有表面能低，粘附低，但是表面剛度小，變形能力強(qiáng)。碳材料相較于無機(jī)材料和高分子材料來說各項(xiàng)屬性居中，所以HOPG是目前最優(yōu)異的潤(rùn)滑材料之一，但是阻礙它性能進(jìn)一步提升的仍然是面外變形和環(huán)境化學(xué)等因素。而新興的無機(jī)有機(jī)雜化材料填補(bǔ)了傳統(tǒng)上無機(jī)材料和有機(jī)材料之間的空白區(qū)，并且可將無機(jī)材料和有機(jī)材料的優(yōu)勢(shì)集于一身。因此對(duì)無機(jī)有機(jī)雜化材料的摩擦學(xué)研究具有重要意義。

近日，由清華大學(xué)機(jī)械工程系劉宇宏副教授與南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院馬晶教授合作的科研團(tuán)隊(duì)對(duì)金屬有機(jī)框架（MOFs）這一代表性的無機(jī)有機(jī)雜化材料進(jìn)行了微觀摩擦學(xué)研究。研究結(jié)果證實(shí)了無機(jī)有機(jī)雜化的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，其摩擦系數(shù)可降至高定向裂解石墨（HOPG）的1/6，其粘附力可降至HOPG的1/2。另外MOFs由于其組成單元豐富的特點(diǎn)，其性能可實(shí)現(xiàn)大范圍的調(diào)節(jié)，例如摩擦系數(shù)可實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)量級(jí)的變化。密度泛函理論（DFT）研究表明了摩擦學(xué)性能與配位穩(wěn)定性之間的關(guān)系。晶體場(chǎng)理論通過完美的預(yù)測(cè)MOFs的配位穩(wěn)定性進(jìn)一步可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其摩擦學(xué)性能，從而構(gòu)效關(guān)系得以建立。

圖1.不同組成單元的MOFs的表面摩擦系數(shù)與粘附力

圖2. MOFs表面摩擦來源與構(gòu)效關(guān)系

該成果近期發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《今日納米》（Nano Today），題為“具有方格結(jié)構(gòu)的二維金屬有機(jī)框架材料：一種有前景的新一代超滑材料”（2D metal-organic frameworks with square grid structure: A promising new-generation superlubricating material）。論文第一作者為清華大學(xué)機(jī)械系博士生劉磊，共同通訊作者為機(jī)械系劉宇宏副教授和南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院馬晶教授。該項(xiàng)目受到國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。（清華宣）