Maintaining the 2D Structure of MXene via Self‐Assembled Monolayers for Efficient Lubrication in High Humidity

单层 湿度 润滑油 材料科学 相对湿度 润滑 化学工程 吸附 表面改性 分子 自组装单层膜 图层(电子) 纳米技术 复合材料 有机化学 化学 热力学 物理 工程类
作者
Kaihuan Yu,Junhui Ren,Wanda Liao,Bo Hu,Changning Bai,Zhihui Li,Xingkai Zhang,Muhammad Chhattal,Ning Li,Qiang Li
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (43): e2402143-e2402143 被引量:21
标识
DOI:10.1002/smll.202402143
摘要

MXene is considered as a promising solid lubricant due to facile shearing ability and tuneable surface chemistry. However, it faces challenges in high-humidity environments where excessive water molecules can significantly impact its 2D structure, thus deteriorating its lubricating properties. In this work, the self-assembled monolayers are formed on MXene by surface chlorination (MXene-Cl) and fluorination (MXene-F), and their friction behaviors in high/low humidity are investigated. The results indicate that MXene-F and MXene-Cl can maintain a relatively constant friction coefficient (CoF) (MXene-F ∼0.76, MXene-Cl ∼0.48) under both high (75%) and low (25%)-relative humidity (RH) environments. Meanwhile, the MXene-F and MXene-Cl display a lower CoF than the pristine MXene (MXene CoF∼1.18) in high humidity. The above phenomena are mainly attributed to the preservation of its 2D layered structure, the increased layer spacing, and superficial partial oxidation for SAMs-functionalized MXene under high humidity during friction. Interestingly, MXene-Cl with moderate water resistance has a lower CoF than that of MXene-F with complete water resistance. The nanostructured water adsorption capacity and larger interlayer spacing of MXene-Cl make it exhibit a lower CoF compared to MXene-F. The findings of this study offer valuable guidance for tailoring MXene by surface chemical functionalization as an efficient solid lubricant in high humidity.
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