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含石墨烯的水润滑系统协同润滑机理的分子动力学研究

水基复合润滑剂,石墨烯,协同润滑机制,分子动力学模拟

能源消耗与机械设备的磨损失效使人们逐渐意识到合理并有效的使用润滑剂对生产生活具有重要意义。水基润滑剂因其易获得，无污染的特性逐渐发展成为机械部件中的重要润滑剂之一^[1]。为解决粘性差等问题并提高润滑剂性能，水基润滑剂的添加剂是水润滑发展的关键^{[2, 3]}。含石墨烯的水基润滑剂因具备液体与固体润滑的特点而表现出良好的摩擦学性能，但这种润滑剂的协同作用机制尚不清晰^{[4, 5]}。借助分子动力学模拟在纳米尺度下发现这种复合润滑剂的摩擦降低是由于石墨烯的存在增强了润滑介质的对摩擦副表面的隔离作用，并在摩擦过程中增强水分子的补充。一方面，水分子通过诱导石墨烯运动释放侧向应力保护其层状结构的完整；另一方面，石墨烯的存在可以促进水分子的扩散，使其向微纳米滚珠轴承一样在滚动。有望借助对水基润滑剂协同润滑的理解促进复合润滑剂的设计与应用。