Achieving superlubricity with 2D transition metal carbides (MXenes) and MXene/graphene coatings

MXenes公司 材料科学 摩擦学 摩擦学 石墨烯 润滑 氮化物 碳化钛 复合材料 碳化物 纳米技术 图层(电子)
作者
Shuohan Huang,Kalyan C. Mutyala,Anirudha V. Sumant,Vadym N. Mochalin
出处
期刊:Materials today advances [Elsevier BV]
卷期号:9: 100133-100133 被引量:127
标识
DOI:10.1016/j.mtadv.2021.100133
摘要

Two-dimensional (2D) materials have demonstrated unique friction and antiwear properties unmatched by their bulk (3D) counterparts. A relatively new, large and quickly growing family of two-dimensional early transition metal carbides and nitrides (MXenes) present a great potential in different applications. There is a growing interest in understanding the mechanical and tribological properties of MXenes, however, no report of MXene superlubricity in a solid lubrication process at the macroscale has been presented. Here we investigate the tribological properties of two-dimensional titanium carbide (Ti3C2) MXene deposited on SiO2-coated silicon (Si) substrates subjected to wear by sliding against a diamond-like carbon (DLC)-coated steel ball counterbody using a ball-on-disc tribometer. We have observed that a reduction of the friction coefficient to the superlubric regime (0.0067 ± 0.0017) can be achieved with Ti3C2 MXene in dry nitrogen environment. Moreover, the addition of graphene to Ti3C2 further reduced the friction by 37.3% and wear by the factor of 2 as compared to Ti3C2 alone, while the superlubricity behavior of the MXene remains unchanged. These results open up new possibilities for exploring the family of MXenes in various tribological applications.
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