Simple but effective: Liquid superlubricity with high load capacity achieved by ionic liquids

离子液体 材料科学 润滑 烷基 陶瓷 吸附 摩擦学 表面能 化学工程 复合材料 化学物理 化学 有机化学 催化作用 工程类
作者
Ke Wang,Lei Liu,Yuhong Liu,Jianbin Luo
出处
期刊:Materials Today Nano [Elsevier BV]
卷期号:20: 100257-100257 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.mtnano.2022.100257
摘要

Macroscale superlubricity is a new field that can greatly reduce energy consumption due to friction, which accounts for approximately 30% of human nonrenewable energy. However, prior research on liquid superlubricity mostly involved low contact pressures (<600 MPa). Here, we evaluated the lubrication and adsorption properties of ionic liquid alcohol solutions (ILs(as)) with different alkyl chain lengths and monovalent anions between Si3N4 and sapphire surfaces. Robust macroscale superlubricity and ultrahigh load capacity exceeding 1 GPa were obtained by protective adsorption layer caused by tribochemical reactions. Zeta potential measurements and simulation analysis revealed that the ceramic interfaces were enriched with numerous ionic liquid (IL) anions, preventing the direct collision of the asperities of the friction pairs. The relatively low sliding energy barrier and extremely strong electrostatic repulsion developed between these asperities enhanced the superlubricity and ultrahigh load capacity. Meanwhile, long alkyl chains and tetrafluoroborate anions more easily met the hydrodynamic boundary conditions at the solid–liquid interface, and the formation of low energy consumption channels through the smooth potential energy fluctuation surface generated extremely low shear stress. Such macroscale lubrication provides a novel method of achieving extremely high contact pressure in ILs(as), which could enable liquid superlubricity in practical industrial applications.
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