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随着全球气候的恶化,不可再生能源的日益短缺,人们的环境保护意识日益增强,以绿色环保、廉价易得的水作为润滑介质,开发新型水基润滑剂来减小甚至消除摩擦具有重要意义,也将为世界各国带来巨大的环境和经济福祉。然而,由于水本身的粘度和压黏系数都非常低,导致边界润滑状态时润滑不足,实现流体动力润滑更加困难,水与金属部件的化学反应还将导致金属的腐蚀问题。本论文通过磁控溅射技术在304不锈钢材料表面沉积了类金刚石碳基薄膜(diamond-like carbon films,DLC films)、合成了二氧化硅/氧化石墨烯纳米复合材料和黑磷/氧化石墨烯纳米复合材料作为水基润滑添加剂,探讨了DLC薄膜在纯水环境和纳米材料添加剂环境中的摩擦学行为及其协同润滑机理,研究结果表明:(1)对于在粗糙不锈钢钢片上沉积的DLC薄膜,其表面粗糙度将对水环境下的摩擦学行为产生影响。表面光滑的DLC薄膜与氮化硅在水环境下对摩时摩擦系数不稳定,表面粗糙的DLC薄膜反而显示出了非常稳定的低摩擦系数,并且具有较长的寿命。研究发现粗糙DLC薄膜优异的摩擦学性能归因于边界润滑时摩擦化学反应产生的保护性润滑膜。(2)通过化学接枝合成了二氧化硅/氧化石墨烯纳米复合材料,该复合材料完美继承了二维层状纳米材料氧化石墨烯与零维纳米颗粒二氧化硅的优势,作为水基添加剂时发挥出了混合维度纳米复合材料的优异润滑性能,在高接触压力下除了产生非常低的摩擦系数外,磨痕特别是对偶球的磨损率大幅度降低,同时还保护了沉积在钢基底上的DLC薄膜免受撕裂。氧化石墨烯纳米片优异的力学性能和二氧化硅纳米颗粒的微观滚珠效应是其润滑和抗磨作用的主要机制。(3)采用改进的液相剥离法合成的二维层状纳米材料黑磷成功地与二维层状纳米材料氧化石墨烯通过自组装法合成了黑磷/氧化石墨烯纳米复合材料。当该二维层状纳米复合材料作为水基添加剂时,与单一的黑磷和氧化石墨烯相比,表现出了优越的润滑性能。该亲水化纳米复合材料表面吸附和层间渗入的水分子和微观二维层状异质结构使层间剪切力显著降低,从而导致了DLC在水环境中的低摩擦行为。