Science Advances：摩擦放射引起的类金刚石薄膜的两种磨损

【背景介绍】

接触材料的磨损通常会导致设备故障，是科学和工程学中的重要且基本的问题。为了提高材料的耐磨特性，在原子尺度上理解材料的磨损机制并依此提出降低磨损的指导性方针是十分重要的。与宏观现象不同，在原子尺度上，摩擦界面上的化学反应和真是接触面的相互作用占了主导地位，目前为止还很难彻底地揭示摩擦界面的物理化学反应以及磨损机制。

【成果简介】

近日，日本东北大学的王杨助理教授（第一作者）、久保百司教授、上海海洋大学许竞翔副教授、法国里昂大学Martin教授等人合作，通过结合实验与计算机模拟，首次揭示了类金刚石薄膜（DLC）在原子尺度下的磨损机制。他们发现，DLC在摩擦过程中会发生如甲烷、乙烯等碳氢化合物的摩擦放射现象，并随之引起了DLC的两种完全不同类型的磨损（该文中将之称为机械磨损与化学磨损）。还发现了这两种磨损随着氢含量，环境，以及摩擦条件的不同，展示出不同的变化趋势。这一成果有助于理解DLC在各类实验中的不同的磨损结果以及帮助建立具有高耐磨性的DLC的设计方针。上述研究成果以题为“Triboemission of hydrocarbon molecules from diamond-like carbon friction interface induces atomic-scale wear”发表在国际著名学术杂志Science的子刊Science Advances上。

【图文导读】

图1 DLC的摩擦实验的结果

1. 摩擦过程中放射出来的代表性碳氢化合物（甲烷，乙烷，乙烯，丙烷，丁烷）的探测结果

2. 测得的碳氢化合物的分子量分布

图2 分子动力学模拟结果

图3 模拟中碳氢化合物的摩擦放射

A-C. 模拟中各类DLC的碳氢化合物的分子量分布

D. 碳氢化合物从摩擦界面放射出去的示意图

图4 模拟中各类DLC的摩擦界面的化学键

图5 模拟中的磨损计算

图6 机械磨损与化学磨损与DLC氢含量的关系

本文由作者供稿。

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