综述：液体超润滑系统中添加剂的研究进展

《Materials Today Chemistry》：Advances of additives in liquid superlubricity systems

本综述系统阐述了液体超润滑系统中添加剂（包括固体纳米材料与液体添加剂）的最新研究进展，重点分析了其通过填充/自修复、滚动/滑动、吸附/成膜等核心机制实现摩擦系数（COF）超低化与承载能力提升的作用路径，为绿色能源装备的摩擦学设计提供了关键理论支撑。

　　

液体超润滑技术以其超低的摩擦系数和磨损率为高效能源利用与装备长寿命运行提供了解决方案。然而，液体超润滑系统的承载能力主要受限于粘度的协调，添加剂成为解决这一矛盾的有效手段。本文综述了超润滑系统的研究进展，并深入探讨了固体/液体添加剂的减摩抗磨机制。

发展概述 of 液体超润滑系统

传统润滑油通过形成润滑膜来减少摩擦和磨损，主要依靠高速条件下的流体动力效应和低速高载条件下的边界吸附膜。但其高粘度导致显著的分子间摩擦阻力，难以实现运动部件的长期保护。因此，调控润滑液粘度以降低剪切阻力，同时保持足够的膜厚和承载能力，是实现液体超润滑的关键。液体超润滑材料，如水基陶瓷、酸/醇基溶液、水合溶液、高浓度溶液、离子液体/离子液体类似物（ILs/ILAs）、油基和生物基润滑材料等，极大地丰富了宏观超润滑体系。这些系统大多凭借极低的粘度提供超低剪切阻力的滑动界面，展现出优异的超润滑性能。然而，实现高承载能力的液体超润滑仍具挑战性，添加固体/液体添加剂是增强其承载能力的有效策略。

固体纳米添加剂的功能与润滑机制

将固体/液体添加剂引入液体润滑系统已成为减少机械接触区域摩擦和磨损的有效策略。液体超润滑系统中的磨损保护机制主要依赖于摩擦膜的形成和演化。固体添加剂的润滑机制主要包括以下四种效应：

1. 1.
   填充/自修复效应：纳米颗粒通过表面吸附填充表面粗糙峰之间的空隙，降低表面粗糙度，并在摩擦过程中动态修复表面缺陷。
2. 2.
   滚动/滑动效应：利用一维纳米结构的形态特征和二维材料的层间滑移特性，通过滚动和层间滑动减少能量耗散。
3. 3.
   不对称接触效应：通过构建梯度界面，优化剪切应力分布。
4. 4.
   吸附/成膜效应：依靠物理吸附和摩擦化学反应形成连续保护膜。

基于空间结构，固体纳米添加剂可分为零维（0D，如纳米颗粒）、一维（1D，如纳米管/纳米线）、二维（2D，如石墨烯或过渡金属硫化物）和三维（3D，块体纳米材料）。0D添加剂具有高比表面积，能形成稳定的摩擦膜；1D类型增强了膜的稳定性和耐久性；2D结构提供了独特的界面性能；而3D添加剂则由多单元组装体构成。理解这些机制对于开发新型润滑剂具有重要的指导价值。

液体添加剂及润滑贡献机制

液体添加剂（如水、酸、醇、盐、ILs、低共熔溶剂（DES）等）是超润滑领域的常见添加剂，倾向于在摩擦过程中于接触区域形成保护膜。液体添加剂主要通过界面吸附、化学反应或物理调控来改善超润滑的一些物理化学性质，如粘度、熔点和乳化度。其核心机制包括：1）竞争吸附调控界面剪切行为；2）摩擦化学反应构建低剪切膜；3）流体动力效应协同界面减阻。研究表明，引入的液体添加剂通过氢键（H-bond）网络、静电引力等弱相互作用与原始润滑液体系统产生协同效应。此外，添加剂还能促进接触表面的化学反应和原位形成保护膜，主动调控摩擦学性能。

结论与展望

液体超润滑系统主要通过摩擦化学反应、物理吸附、H键网络构建和摩擦副预处理等机制实现。尽管液体超润滑在低剪切阻力和环境适应性方面具有显著优势，但其宏观承载能力、腐蚀性和长期稳定性仍然是工程应用的核心挑战，需要多尺度协同设计以平衡性能指标。未来研究应侧重于开发新型高性能添加剂，深化界面行为与摩擦膜演化机制的多尺度研究，并探索其在农业工程、高端装备等特定工况下的工程应用潜力，最终推动超润滑技术向实际工程应用的转化。