Effects of Nanoscale Roughness on the Lubricious Behavior of an Ionic Liquid

材料科学 摩擦学 润滑 纳米尺度 打滑(空气动力学) 表面粗糙度 离子液体 表面光洁度 纳米颗粒 纳米技术 纳米核糖学 复合材料 接触面积 催化作用 物理 热力学 化学 生物化学
作者
Prathima C. Nalam,Alexis Sheehan,Mengwei Han,Rosa M. Espinosa‐Marzal
出处
期刊:Advanced Materials Interfaces [Wiley]
卷期号:7 (17) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/admi.202000314
摘要

Abstract While many mechanistic studies have focused on the lubricious properties of ionic liquids (ILs) on ideally smooth surfaces, little is known about the mechanisms by which ILs lubricate contacts with nanoscale roughness. Here, substrates with controlled density of nanoparticles are prepared to examine the influence of nanoscale roughness on the lubrication by 1‐hexyl‐3‐methyl imidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide. Atomic force microscopy is employed to investigate adhesion, hydrodynamic slip, and friction at the lubricated contact as a function of surface topography for the first time. This study reveals that nanoscale roughness has a significant influence on the slip along the surface and leads to a maximum slip length on the substrates with intermediate nanoparticle density. This coincides with the minimum friction coefficient at sufficiently small contact stresses, likely due to the lower resistance of the IL film to shear. However, at the higher pressures applied with a sharp tip, friction increases with nanoparticle density, indicating that the IL is not able to alleviate the increased dissipation due to roughness. The results of this work point toward a complex influence of the surface topology on friction. This study can help design ILs and nanopatterned substrates for tribological applications and nano‐ and microfluidics.
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