CO₂环境是人类探索火星必须要面对的空间环境。类金刚石（DLC）薄膜和二硫化钼（MoS₂）薄膜由于其优异的摩擦润滑性能已应用于空间装备上,空间环境是影响薄膜摩擦行为的重要因素。人们已较为系统地研究了多种空间环境对DLC薄膜和MoS₂薄膜摩擦行为的影响,然而,有关薄膜在CO₂环境下摩擦行为及机理的研究却鲜有报道。因此,研究无氢DLC薄膜和MoS₂薄膜在CO₂环境下的摩擦及行为机理,将为两种固体润滑薄膜在火星环境下的应用提供重要的实验数据和理论依据。本文通过实验研究和第一性原理计算相结合的方法,研究了无氢DLC薄膜和MoS₂薄膜在真空、大气和CO₂环境中的摩擦行为及机理,同时还研究了不同对偶材料对无氢DLC薄膜在CO₂环境中摩擦行为的影响。利用CSM高低温真空摩擦试验机测试了薄膜在不同环境中的摩擦学性能,采用SEM、Raman、XPS等方法分析了薄膜摩擦测试后磨斑和磨痕的微观形貌及成分变化,并结合第一性原理计算方法深入研究了无氢DLC薄膜和MoS₂薄膜在CO₂环境中的摩擦机理,主要研究结果如下:（1）无氢DLC薄膜在CO₂环境中具有比大气和真空环境中更低的摩擦系数。实验研究表明,CO₂分子在DLC薄膜表面发生了摩擦化学反应。第一性原理计算结果表明,CO₂分子和金刚石表面的C原子形成内脂结构,钝化了金刚石表面的碳悬键,且CO₂分子钝化后的摩擦界面之间存在强排斥力,消除了碳悬键引起的强吸引作用,因此,薄膜在CO₂环境中表现出低摩擦系数。在大气环境中,H₂O分子钝化后的摩擦界面存在弱的范德华力,薄膜表现出比CO₂环境中高的摩擦系数。而在真空环境中,由于缺少活性气体,薄膜表面的碳悬键无法得到钝化,摩擦界面存在强的吸引作用,薄膜表现出极高的摩擦系数。（2）无氢DLC薄膜以ZrO₂为对偶材料时在真空和CO₂环境中的磨擦性能好于Al对偶材料。第一性原理计算结果表明,在真空环境中,对偶球与金刚石能够跨界面成键,增大界面之间的相互作用,形成的C-O键强明显于C-Al键弱,因此,ZrO₂为对偶材料时,薄膜表现出更低的摩擦系数。而在CO₂环境中,由于CO₂分子钝化了金刚石表面的碳悬键,对偶材料与金刚石界面之间的跨界面成键能力得到下降,阻止了跨界面成键的发生,其中,ZrO₂与金刚石界面的分离功小于Al与金刚石界面的分离功,说明ZrO₂和金刚石界面之间作用更弱,薄膜表现出低摩擦系数。（3）MoS₂薄膜在CO₂环境中表现出比真空和大气环境中更低的摩擦系数,实验研究表明,薄膜在CO₂和真空环境中均没有被氧化,而在大气环境中MoS₂被氧化为MoO₃,导致薄膜表现出高摩擦系数。第一性原理计算结果表明,S空位造成MoS₂和CO₂分子之间更易进行电荷交换,且CO₂分子填补了MoS₂的S空位。填补S空位之后的MoS₂界面比未填补的MoS₂界面存在更强的排斥力,层与层之间更易滑动,因此薄膜在CO₂环境中表现出比真空环境更低的摩擦系数。（4）DLC薄膜和MoS₂薄膜在CO₂环境中均表现出低摩擦系数,但从研究结果中看,DLC薄膜在CO₂环境中会经过较长的高摩擦系数阶段,薄膜造成较大损伤,而MoS₂薄膜在CO₂环境中一直保持低摩擦系数,薄膜磨损更小,所以MoS₂薄膜更适合应用在CO₂环境中工作的机械部件。