近日，清华大学摩擦学国家重点实验室雒建斌院士、张晨辉教授团队与合作者在碳膜超滑研究上取得重要进展，相关工作以“Atomic-scale insights into the interfacial instability of superlubricity in hydrogenated amorphous carbon films”为标题发表在国际著名期刊《科学进展》（Science Advances）上。

固体碳膜超滑是摩擦学领域奇特的润滑现象，可在宏观应用尺度实现近零摩擦和磨损，该过程涉及复杂的表界面物理和化学行为，具有重要的科学研究价值。研究发现，鲁棒性的碳膜超滑通常只在特定的环境下（如干燥氮气、高真空）实现，含氧、含水环境介质的存在可导致润滑界面失稳甚至超滑特性的完全消失，这极大限制了超滑碳膜的应用范畴。研究团队利用超高空间分辨率和化学元素灵敏度的电子显微镜技术对接触区界面润滑层进行了结构解析，发现在含氧气氛下富氢碳膜的润滑失效机制为氧原子诱导的表面去氢化和高粘附性表层的形成，而含水介质环境下的界面失稳则源于高氧化摩擦膜内异质结构的形成。

图1 硅胶润滑层屏蔽湿度影响：(A) 金属摩擦副断面形貌；(B) 接触区原位构筑的纳米级转移膜；(C) 转移膜的元素分布；(D) EELS高能损失特征峰解析润滑层的键态结构。

针对这一困境，雒建斌院士团队创新性地提出了利用硅掺杂形成界面硅胶润滑层来降低环境湿度对超滑特性影响的方法，通过在摩擦副表面原位构筑纳米级转移膜（图1）来隔断水分子对金属表面的摩擦化学侵蚀，同时，硅胶润滑层可有效利用吸附水分子在受限空间的有序化剪切行为保证了超低摩擦状态的实现。这项突破为超滑碳膜的广泛应用奠定了实验基础。该工作是雒建斌院士带领的减摩降耗与技术装备团队继2017年11月在《自然·通讯》（Nature Communications, 2017, 8, 1675）发表摩擦诱导界面纳米结构超滑机理的成果之后，在固体超滑领域的又一重要进展。

清华大学机械系陈新春助理研究员为本论文的第一作者，雒建斌院士、张晨辉教授为论文的通讯作者，参与该研究工作的还有日本东京大学Junho Choi副教授、南方科技大学邬苏东副研究员等。该课题得到了国家自然科学基金委的资助。