中国科学院宁波材料技术与工程研究所王立平教授课题组与清华大学李群阳教授合作开发了一种通用超晶格薄膜应用于机械零件以实现具有自我更新的长期宏观超润滑。该研究发表在CellReportsPhysicalScience上。

为实现宏观超润滑而开发的超晶格薄膜

据估计，全球约有三分之一的能源消耗在消除摩擦上，这在自然界中很常见。将摩擦力降低到超低水平，甚至是摩擦系数约为10-3的超润滑状态，可以对人类生活产生重大影响。然而，在干固体表面之间实现稳健的宏观超润滑仍然是一个挑战，这在以前的研究中主要是在纳米尺度上用层状材料实现的。

为了应对这一挑战，研究人员设计了一种通用的二硫化钼(MoS2)/陶瓷超晶格结构，该结构可在空气中短暂磨合后在温和真空中实现长期(接近300,000次滑动循环)宏观超润滑。

双层单元内每个子层的精确厚度控制赋予薄膜如此出色的超润滑性(摩擦系数为0.006)。更有趣的是，当薄膜意外暴露在空气中时，润滑能力可以恢复。

超润滑界面被认为是由夹在高度有序的MoS2薄片之间的MoS2包裹的金属氧化物(MeOx)纳米粒子的滑动产生的，将宏观接触区域分成许多不相称的纳米接触区以确保稳健的超润滑性。

得益于稳健的超润滑性，超晶格薄膜的比磨损率降至超低水平，约为10-9mm3N-1m-1。

这些发现为设计多功能固体润滑剂提供了一种新策略，这可能有助于在地面和太空中进行革命性的应用。