超潤滑是指摩擦系數(shù)為0.001量級或更低的超低摩擦狀態(tài)。超潤滑界面的構(gòu)筑在高端裝備、硬盤技術(shù)、太空探測、精密制造等領(lǐng)域具有巨大應(yīng)用潛力，發(fā)展長效穩(wěn)定的超潤滑技術(shù)一直是摩擦學(xué)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)與難點(diǎn)。然而，目前對界面的超潤滑機(jī)理認(rèn)識(shí)仍不夠清晰，亟需從微觀尺度對其摩擦物理機(jī)制進(jìn)行深入探究。 

　　近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王道愛研究員團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)探究了二硒化鈮（NbSe₂）的微觀摩擦學(xué)性能，從界面角度闡釋了單層NbSe₂（~0.8 nm）的超低摩擦（~0.0085）和超耐磨（36000 cycles）機(jī)制。 

　　研究人員采用化學(xué)氣相沉積（CVD）法，通過調(diào)控不同的工藝參數(shù)，制備多種不同尺寸及形貌的高質(zhì)量NbSe₂單晶，基于原子力顯微鏡系統(tǒng)研究了NbSe₂微觀摩擦學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)單層（ML）NbSe₂可實(shí)現(xiàn)魯棒性的超低摩擦，在空氣中放置50天之后依然可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的超低摩擦性能。更重要的是，相對厚層（FL）NbSe₂，ML-NbSe₂具備更低的摩擦系數(shù)和更好的耐磨性能（圖1）。 

圖1 CVD法制備NbSe₂單晶及單層超低摩擦與超耐磨

　　研究人員從實(shí)驗(yàn)與理論兩方面對上述單層助力超低摩擦與超耐磨的本質(zhì)進(jìn)行了闡釋。相對于機(jī)械剝離樣品，采用CVD法生長的NbSe₂與襯底之間具備更強(qiáng)的結(jié)合力；采用第一性原理分析其表層樣品與下層樣品或襯底之間的電荷轉(zhuǎn)移密度和黏附力，相對于多層樣品，單層樣品與襯底之間具備更高的電荷轉(zhuǎn)移密度和黏附力。相對于多層樣品的層間結(jié)合力，單層樣品與襯底之間具備更強(qiáng)的結(jié)合力，因此，在摩擦過程中不會(huì)因“褶皺效應(yīng)”而增大摩擦，結(jié)合其與MoS₂和石墨烯相當(dāng)?shù)牡徒缑娼佑|勢壘，從而使其具備超低的摩擦系數(shù)和超耐磨性（圖2）。 

圖2 實(shí)驗(yàn)與理論分析單層NbSe₂實(shí)現(xiàn)超低摩擦與超耐磨的機(jī)制

　　該研究對NbSe₂微觀摩擦機(jī)制、超潤滑理論拓展及材料設(shè)計(jì)發(fā)展提供了理論指導(dǎo)。該研究工作以“Monolayer NbSe₂ Favors Ultralow Friction and Super Wear Resistance”為題發(fā)表在Nano Letters（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c04811）上，蘭州化物所于童童助理研究員為論文第一作者，王道愛研究員為通訊作者，蘭州化物所為論文第一單位。 

　　以上工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中科院重點(diǎn)研究計(jì)劃項(xiàng)目、甘肅省重大科技專項(xiàng)及蘭州化物所“十四五”規(guī)劃重點(diǎn)培育項(xiàng)目等的支持。