Science Advances：摩擦放射引起的類金剛石薄膜的兩種磨損

【背景介紹】

接觸材料的磨損通常會導致設備故障，是科學和工程學中的重要且基本的問題。為了提高材料的耐磨特性，在原子尺度上理解材料的磨損機制并依此提出降低磨損的指導性方針是十分重要的。與宏觀現象不同，在原子尺度上，摩擦界面上的化學反應和真是接觸面的相互作用占了主導地位，目前為止還很難徹底地揭示摩擦界面的物理化學反應以及磨損機制。

【成果簡介】

近日，日本東北大學的王楊助理教授（第一作者）、久保百司教授、上海海洋大學許競翔副教授、法國里昂大學Martin教授等人合作，通過結合實驗與計算機模擬，首次揭示了類金剛石薄膜（DLC）在原子尺度下的磨損機制。他們發現，DLC在摩擦過程中會發生如甲烷、乙烯等碳氫化合物的摩擦放射現象，并隨之引起了DLC的兩種完全不同類型的磨損（該文中將之稱為機械磨損與化學磨損）。還發現了這兩種磨損隨著氫含量，環境，以及摩擦條件的不同，展示出不同的變化趨勢。這一成果有助于理解DLC在各類實驗中的不同的磨損結果以及幫助建立具有高耐磨性的DLC的設計方針。上述研究成果以題為“Triboemission of hydrocarbon molecules from diamond-like carbon friction interface induces atomic-scale wear”發表在國際著名學術雜志Science的子刊Science Advances上。

【圖文導讀】

圖1 DLC的摩擦實驗的結果

1. 摩擦過程中放射出來的代表性碳氫化合物（甲烷，乙烷，乙烯，丙烷，丁烷）的探測結果

2. 測得的碳氫化合物的分子量分布

圖2 分子動力學模擬結果

圖3 模擬中碳氫化合物的摩擦放射

A-C. 模擬中各類DLC的碳氫化合物的分子量分布

D. 碳氫化合物從摩擦界面放射出去的示意圖

圖4 模擬中各類DLC的摩擦界面的化學鍵

圖5 模擬中的磨損計算

圖6 機械磨損與化學磨損與DLC氫含量的關系

本文由作者供稿。

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