1成果简介 

　　摩擦与磨损是机械系统失效的主要原因之一，全球约1/3的能源消耗因摩擦而浪费，约80%的机械零件失效由磨损导致。高性能润滑剂是降低摩擦、减少磨损、提升机械装备能效和寿命的关键。然而，传统液体润滑剂在极端工况（高温、重载、真空）下易失效，固体润滑剂（如MoS₂、石墨）则面临承载力不足、环境适应性差等局限。

　　本文，陕西科技大学材料科学与工程学宋浩杰教授团队在《Langmuir》期刊发表名为"Moss-Inspired Biomimetic Architecture Endows ILs-CNTs@MoS₂ with Superior Lubrication Performance"的论文。该研究受苔藓多级结构启发，设计构筑了ILs-CNTs@MoS₂仿生架构复合材料，将离子液体功能化CNTs作为"仿生茎叶体"、MoS₂纳米片作为"仿生叶片"、ILs作为"仿生持水层"，实现了三组分的协同增效，获得了超优润滑性能。

　　该工作的核心创新在于：(1) 苔藓仿生架构设计——ILs-CNTs@MoS₂的分级结构仿生苔藓多级组织，CNTs网络提供力学支撑和承载（茎叶体），MoS₂纳米片提供层间滑动（叶片），ILs提供边界润滑和环境保护（持水层）；(2) 三组分协同增效——ILs功能化解决CNTs/MoS₂分散性和界面相容性问题，CNTs增强承载和转移膜形成，MoS₂提供超低摩擦，ILs提供边界润滑和抗氧化保护；(3) 多尺度结构调控——从纳米尺度（MoS₂层间）到微米尺度（CNTs网络）再到宏观尺度（复合材料分散），实现全尺度润滑优化；(4) 宽工况适应性——仿生架构复合材料在宽温度范围、不同载荷和湿度条件下均表现出优异的减摩抗磨性能。

　　2图文导读  

　　图 1. (a) Biomimetic moss structures for lubrication. (b) Moss lubrication mechanism. (c) Preparation of moss-like ILs-CNTs@MoS2 structures. (d) Model of ILs-CNTs@MoS2. (e) Microstructure of ILs-CNTs@MoS2. (f) SEM images of bulk MoS2. (g–i) SEM images of ILs-CNTs@MoS2. (j) EDS mapping of ILs-CNTs@MoS2.

　　图2. (a) TEM image of bulk MoS2. (b and c) TEM images of ILs-CNTs@MoS2. (d) XRD patterns. (e) Raman spectra. (f) FTIR spectra of CNTs, MoS2, ILs, and ILs-CNTs@MoS2. (g) XPS survey spectra of ILs-CNTs@MoS2. (h and i) XPS high-resolution Mo 3d and C 1s spectra of ILs-CNTs@MoS2.

　　图3. (a) Structure of MoS2 and ILs-CNTs@MoS2. (b) UV–vis absorption of ILs-CNTs@MoS2 for different numbers of days in water. The illustration shows ILs-CNTs@MoS2 dispersed in water. (c) UV–vis absorption of ILs-CNTs@MoS2 for different numbers of days in PAO10. The illustration shows ILs-CNTs@MoS2 dispersed in PAO10. (d) Digital image drop of 1 mL of the ILs-CNTs@MoS2 dispersion being added to 20 mL of water. (e) Digital image drop of 1 mL of the ILs-CNTs@MoS2 dispersion being added to 20 mL of PAO10. (f) Zeta potentials of CNTs, MoS2, ILs, and ILs-CNTs@MoS2.

　　图4. (a) Friction coefficient curves. (b) Average friction coefficients and wear track widths. (c) Contact pressures of ILs-CNTs@MoS2 at different concentrations. (d) Friction coefficient curves. (e) Average friction coefficients and wear track widths. (f) Contact pressures of ILs-CNTs@MoS2 under different loads. (g) Friction coefficient curves. (h) Average friction coefficients and wear track widths. (i) Contact pressures of ILs-CNTs@MoS2 at different rotational speeds.

　　图5. (a) Different morphologies of ILs-CNTs@MoS2 hybrids. (b) Digital image ILs-CNTs@MoS2 of dough being s added to 20 mL of water. (c) UV–vis absorption of ILs-CNTs@MoS2 in water. (d) Friction coefficient curves. (e) Average friction coefficients and wear track widths. (f) Contact pressures of ILs-CNTs@MoS2.

　　图6. (a) Long-term friction curves for different numbers of days in water. (b) Wear track widths and contact pressures of ILs-CNTs@MoS2 in water. (c) Friction mechanism diagram. (d) Long-term friction curves for different numbers of days in PAO10 oil. (e) Wear track widths and contact pressures of ILs-CNTs@MoS2 in PAO10 oil. (f and g) Roughness of steel disc and ball wear surfaces in water. (h and i) Roughness of steel disc and ball wear surfaces in PAO10 oil.

　　图7. Schematic of the friction mechanism of ILs-CNTs@MoS2 in water and PAO10 oil.

　　3小结 

　　本研究通过离子液体辅助的一步水热法，成功构建了ILs-CNTs@MoS2多维复合润滑系统。碳纳米管（CNTs）原位接枝在超薄MoS2纳米片表面，形成了三维网络结构。碳纳米管与MoS₂共同构成了苔藓状纤维骨架，提供结构支撑，有效缓解接触压力。MoS₂的层状结构赋予了优异的层间滑动性能，在界面处形成了低摩擦通道。管状碳纳米管则展现出缓冲和滚动效应。系统中插层的中间相在压力作用下会动态释放并吸附于摩擦界面，从而实现应力响应的协同润滑。该ILs-CNTs@MoS2复合材料展现出卓越的结构稳定性和分散性，可实现从分散相到凝胶态及塑性面团状的可逆转变。值得注意的是，其摩擦系数低至0.139。在水中摩擦系数降至0.073，在PAO10油中则降至0.017。这种多尺度复合结构为设计适用于复杂液体环境的高性能、长效润滑剂提供了可行方案。

　　文献：