近日，清华大学摩擦学国家重点实验室刘宇宏副教授团队与合作者在富勒烯超滑研究上取得重要进展，相关工作以“Superlubricity of Fullerene Derivatives Induced by Host-guest Assembly”为标题发表在国际知名期刊《应用材料与界面》（ACS Applied Materials & Interfaces）上。

超滑是一种摩擦极低，能量损耗可以忽略不计的状态，在节约能源和提高机械效率方面有重要的应用价值。自1985年被发现以来，富勒烯由于在超导、磁性、光学等方面的优异特性，被广泛应用于太阳能电池、光学器件、癌症治疗等领域。而且富勒烯类分子具有独特的球形或椭球形结构，抗压能力高，分子间作用力弱，表面能低，在润滑领域也非常有应用潜力。研究人员对富勒烯分子作为润滑添加剂在流体润滑中的应用，以及作为摩擦表面分子薄膜在固体润滑中的应用都做过一系列探索，但是富勒烯体系的超滑一直难以实现。

面对这一难题，刘宇宏团队通过构建规则有序的主客体组装结构，创新性的实现了富勒烯体系的微观超滑。富勒烯分子的球状结构，使其很难在大气环境下被稳定吸附于固体表面，形成规则有序的分子组装结构。而通过引入大环化合物作为主体模板，就可以在石墨表面构建出规则有序的主客体组装结构。在摩擦过程中，分布于探针与基底之间的富勒烯分子始终在主体模板空腔内原位旋转，相比无模板情况下减少了分子与石墨基底之间的相对滑动产生的摩擦。并且无论是从表面形貌还是表面电子云密度上比较，基于主体模板的有序体系均比无模板的无序体系更平滑，摩擦过程中探针需要克服的能垒更低。因此将富勒烯的主客体组装应用到微观摩擦中，能够成功得到超低的摩擦系数（0.003-0.008），实现微观超滑。这项突破奠定了富勒烯在固体润滑领域进一步应用的实验基础，并且通过引入有机的大环化合物作为主体模板，实现了将固体超滑体系从无机领域向有机领域的扩展。

清华大学摩擦学国家重点实验室谭善超博士和石宏宇博士为本文共同第一作者；清华大学摩擦学国家重点实验室的刘宇宏副教授，国家纳米科学中心的曾庆祷研究员，南京林业大学的徐海军教授和杭州师范大学的万俊华副研究员为本文共同通讯作者。该课题得到了国家自然科学基金委的资助。

Citation

Tan, S.;  Shi, H.;  Fu, L.;  Ma, J.;  Du, X.;  Song, J.;  Liu, Y.;  Zeng, Q.;  Xu, H.; Wan, J., Superlubricity of Fullerene Derivatives Induced by Host–Guest Assembly. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12(16), 18924-18933.

DOI：10.1021/acsami.0c02726