在无数的自然和工业过程中，接触材料之间的摩擦和润滑具有根本的重要性。据估计，摩擦占目前世界能源消耗的25%以上，而且由于纳米机械设备的快速小型化，摩擦对于电子器件的耐用性至关重要。到目前为止，自然界提供了许多减少摩擦的替代策略。在所有的方法中，通过在滑动表面之间存在润滑剂可以显著减少摩擦和磨损，优良的润滑材料已成为追求超低摩擦的主要选择。

日前，中科院过程所离子液体研究团队和清华大学马明副教授合作发现含有有序单层离子液体（ILs）的表面在压力高达78MPa时，摩擦系数μ值可低至0.001，并表现出良好的结构可恢复性。这种极端的润滑主要归因于ILs和石墨烷基链上的碳原子之间的“原子锁定”效应所驱动的有序条纹结构。烷基链越长，μ值越低，条带状周期性对减少滑动过程的能量耗散起决定性作用。结合仿真，识别出原子尺度有序和无序的交替离子区，其比值从根本上决定了μ值和润滑机理。这一发现是未来在极端条件下将具有可忽略蒸汽压的液态金属作为超润滑材料实际应用的重要一步。

在原子尺度上，研究者揭示了之前未发现的HOPG表面咪唑ILs界面结构由无序向有序的转变，并成功地阐明了潜在的机制。研究结果明确了烷基链长度和溶剂效应在调控界面结构中的决定性作用，也为构建多种界面IL模式提供了灵活的途径。同样重要的是，这种自组装的条纹结构有助于达到超低的摩擦系数（∼0.001），这在没有电场调节的情况下很难实现，在环境条件下为了减少能量损失而具有吸引力。因此，本文的研究结果可以扩展为设计高表面-体积系统具有优异润滑性能的基于IL的界面材料的重要理论基础。相关工作以“Ultralow Friction and High Robustness of Monolayer Ionic Liquids”发表在ACS NANO（2022, 16, 10: 16471-16480）上。

图1. HOPG表面单层ILs的实验设置和摩擦特性

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c05779

文章信息：Yumiao Lu, Yanlei Wang, Feng Huo, Wei Chen, Ming Ma*, Wei-Lu Ding, Hongyan He*, and Suojiang Zhang*, Ultralow Friction and High Robustness of Monolayer Ionic Liquids, ACS Nano, DOI: 10.1021/acsnano.2c05779