综述：二维MXene材料在力学与摩擦学领域的最新研究进展：合成方法、机械性能及摩擦行为

这篇综述系统梳理了二维过渡金属碳/氮化物（MXenes）的合成策略、力学特性与摩擦学机制，重点探讨了其层状结构、表面终端基团（-O/-OH/-F）对纳米力学性能（如Ti3C2Tx弹性模量达484±13 GPa）和超润滑行为（低剪切强度）的影响，并展望了其在润滑添加剂、固体涂层、摩擦纳米发电机（TENGs）及生物摩擦学等领域的应用潜力。

　　

引言

自石墨烯发现以来，二维材料家族不断扩充，MXenes作为新兴成员凭借独特的M_n+1X_nT_x结构（M为过渡金属，X为C/N，T_x为表面基团）脱颖而出。这类材料通过选择性蚀刻MAX相前驱体的A原子层获得，其层间弱范德华力与可调表面化学性质，使其在电磁屏蔽、能源存储和摩擦学领域展现出非凡潜力。

合成方法

MXenes的制备主要分为自上而下法（含氟酸蚀刻、熔融盐蚀刻）和自下而上法（化学气相沉积）。含氟酸蚀刻虽效率高但存在环境风险，而氟游离方法如电化学蚀刻更环保但产率较低。表面终端基团的类型（-F/-OH/-O）直接影响材料分散性和界面相容性，例如-OH修饰可显著提升MXenes在基础油中的稳定性。

力学性能

单层Ti₃C₂T_x的弹性模量接近理论值502 GPa，力学强度与石墨烯媲美。研究发现，M元素种类（如Ti、Nb）、层数n值（1-4）及表面功能化会显著影响力学行为。例如，-O终端能增强层间结合力，而-F基团可能导致力学性能下降。

摩擦学应用

MXenes的摩擦学优势源于三大机制：

1. 1.

   润滑添加剂：通过共价功能化（如硅烷偶联剂修饰）解决油相分散难题，摩擦系数（COF）可降低40%；

2. 2.

   固体涂层：在钢基体上形成的Ti₃C₂T_x涂层展现出0.15的超低COF，归因于摩擦化学反应生成的富碳转移膜；

3. 3.

   生物医学：作为人工关节润滑剂时，MXenes的生物相容性与耐磨性协同作用，磨损率比传统材料降低60%。

挑战与展望

当前MXenes面临环境稳定性差、规模化生产瓶颈等问题。未来需借助原位表征技术解析摩擦膜"形成-破坏-修复"动态过程，并探索其在柔性可穿戴传感器中的自供电特性。通过设计MXenes/二硫化钼异质结构，有望实现极端环境下的长效润滑。

结论

MXenes凭借结构可调性与多尺度润滑机制，已成为摩擦学领域的新星。从纳米级超润滑到宏观耐磨涂层，其应用边界不断拓展，但需跨学科合作解决工业化生产与生物安全性评估等核心问题。