通常情况下，宏观液体超滑在实现之前都有一段磨合期，会引起较大磨损。而二维材料一般具有良好的宏观抗磨性能；但目前二维材料的超滑研究主要局限在微观尺度，其宏观超滑较难实现。本研究利用氧化石墨烯(GO)和乙二醇(EDO)的协同效应，在宏观尺度下实现稳定超滑，并大幅降低液体超滑磨合期的磨损量。

如图a所示，研究团队利用GO−EDO水溶液在宏观条件下实现稳定超滑，摩擦系数在0.004左右，并可以稳定至少2小时。同时，对比EDO水溶液，发现GO−EDO水溶液的磨损量降低95%(图b)。研究团队利用拉曼光谱对磨损表面进行检测(图c)，其D峰(1347 cm-1)、G峰(1593 cm-1)、2D峰(2713 cm-1)、和D+G峰(2925 cm-1)证实在磨损表面有GO吸附。通过HRTEM直接观察到GO在磨损表面的吸附(图d)，厚度大约为10 nm。该结果说明在摩擦过程中GO会聚集在一起吸附在磨损表面上，GO层间低剪切降低了摩擦。同时，GO的吸附防止接触表面直接接触，保护接触表面，减小磨损。

图为水、EDO水溶液、GO−EDO水溶液的(a) 摩擦系数，(b) 磨损量；(c) 磨损区域的SEM表面形貌，插图为磨损区域的拉曼图谱；(d) 磨损区域的HRTEM图。

为探索GO−EDO在工业应用上的潜力，研究团队测试了各种因素对GO−EDO水溶液摩擦系数的影响，包括GO浓度(0.04−0.17%)、滑动速度(0.05−0.25 m/s)、初始接触应力(600−1700 MPa)、湿度(10%、25%)、稳定性(放置一周)、摩擦副种类(Si3N4/SiO2、Si3N4/Si3N4、Si3N4/蓝宝石)、以及二元醇链长(乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇)，结果表明，该类溶液均能实现超滑。以Si3N4/Si3N4摩擦副为例，GO−EDO水溶液的摩擦系数达到0.0015左右，且超滑阶段的接触应力在200 MPa左右。虽然在工程应用中还有其他因素需要考虑，但本研究表明GO−二元醇水溶液是一种很好的陶瓷润滑剂，在超滑的实际应用中具有很好的潜力。

相关成果以“Macroscale Superlubricity Enabled by the Synergy Effect of Graphene−Oxide Nanoflakes and Ethanediol”为题，发表在“ACS Applied Materials & Interfaces 2018, 10(47): 40863−40870”上。清华大学机械工程系博士后葛翔宇为论文第一作者，李津津副教授为该论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目(51775295，51405256，和51527901)资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.8b14791