功能化二维二硫化钼复合润滑材料的可控制备、表/界面特性和摩擦机理的研究

High-performance solid lubricants are widely used in these harsh friction environments. To overcome the wet-oxygen sensitivity and high wear rate of two-dimensional (2D) MoS2 lubricant in the course of friction, MoS2 nanosheets will be functionalized by organic or inorganic modification in combination with structure design and synergistic friction-reducing principle. Then the functionalized MoS2 nanosheets will be applied to fabricate high-performance MoS2 lubricant coatings and novel epoxy based wear-resistant and antioxidative nanocomposites. Some key issues concerning the research on synergistic effects of main ingredients in the lubricant and its lubrication mechanism will be suggested. By exploring the effect of surface characteristic of MoS2 nanosheets on the dispersion state and compatibility within epoxy nanocomposites, the scientific relationship between interface characteristic and the friction performance, as well as the friction-reducing and anti-wear mechanism of composites will be concluded. A complete research approach (from structure design to surface/interface characteristics control to tribology properties) of high-performance solid lubricant materials will be established at the enough understanding of properties correlation within epoxy composites. The successful implementation of this project will provide the substantial theoretical foundation and experimental basis for developing excellent solid lubricants, which will be of great importance in aerospace and automobile industries.

高性能固体润滑材料是减少苛刻条件下摩擦磨损最有效的手段之一。本项目针对MoS2固体润滑材料在摩擦过程中存在的抗氧化性和耐磨性差等缺点，结合结构设计和协效减摩原理，采用无机负载和有机改性方法制备耐磨抗氧功能化MoS2纳米片，再通过纳米复合技术制备出高性能的二维MoS2润滑涂层和环氧树脂基复合润滑材料，从而改善固体润滑材料的抗氧耐磨性能。研究功能化MoS2涂层存在的协同润滑效应和机理；研究不同表面特性和负载状态的MoS2纳米片在环氧树脂中的分散状态和相容性，分析界面特性与摩擦学性能的内在关系，揭示其减摩抗磨作用机理。研究涂层的热稳定性、热物理性能及力学性能与其润滑磨损行为之间的关联，建立结构设计、表/界面特性调控和摩擦学性能提升的研究方法，从而解决固体润滑材料存在的问题。本项目研究成果必将为开发性能优良的固体润滑材料提供理论依据和实验基础，对航天航空、汽车工业等领域具有重要的理论与实践意义。

高性能固体润滑材料是减少苛刻条件下摩擦磨损最有效的手段之一。本项目针对MoS2固体润滑材料在摩擦过程中存在的抗氧化性和耐磨性差等缺点，结合结构设计和协效减摩原理，采用无机负载和有机改性方法制备耐磨抗氧功能化MoS2纳米片，再通过纳米复合技术制备出高性能的二维MoS2润滑涂层和环氧树脂基复合润滑材料，从而改善固体润滑材料的抗氧耐磨性能。项目制备了一系列综合性能优良的二硫化钼环氧树脂耐磨耐热复合材料。研究了功能化MoS2涂层存在的协同润滑效应和机理；研究不同表面特性和负载状态的MoS2纳米片在环氧树脂中的分散状态和相容性，分析界面特性与摩擦学性能的内在关系，揭示其减摩抗磨作用机理。研究涂层的热稳定性、热物理性能及力学性能与其润滑磨损行为之间的关联，建立结构设计、表/界面特性调控和摩擦学性能提升的研究方法。研究表明：当向环氧树脂中添加2.0wt％二硫化钼@聚磷腈时（MoS2@PPN），EP/MoS2@PPN2.0复合材料的摩擦表面上会出现浅而窄的沟槽，与纯EP和EP/MoS2相比，表面上的磨损量相对较小，摩擦系数降低20.8%，摩擦热降低45.2%，体积磨损率下降48.6%，全面提升了MoS2环氧树脂基固体润滑材料的性能，拓展了其在相关领域的应用，解决了固体润滑材料存在的问题。揭示了相关摩擦机理，在摩擦过程中，PPN在MoS2的均匀分散有利于薄保护层在接触球和磨损轨道间的形成，可以明显分散重负荷，形成超润滑状态。本项目研究成果必将为开发性能优良的固体润滑材料提供理论依据和实验基础，对航天航空、汽车工业等领域具有重要的理论与实践意义。研究成果发表 SCI 收录论文13篇；申请中国发明专利6项；项目负责人获得 2019 年度安徽省教学成果一等奖（排名第二）和安徽省教坛新秀。2019年入选中国科学院青年创新促进会人才支持计划和入选中国科学技术大学学术领军人才培养计划，培养研究生6人。