DLC涂层与润滑油、添加剂等复合的协同润滑技术，是满足运动部件表面耐磨润滑性能要求、延长其使用寿命、实现高可靠运行的有效途径。但摩擦磨损与材料表/界面结构密切相关，不同结构涂层材料的组合、界面优化产生不同表/界面结构，进而影响涂层的摩擦特性和润滑油、添加剂在表面的吸附、润湿等基本物理化学特性。因此，课题组初步开展了系列创新性研究工作：
首先，针对DLC摩擦界面信息难以原位、实时表征从而导致内在机理不明的关键科学问题，基于筛选优化的反应力场【Comput. Mater. Sci., 151 (2018) 246; Comput. Mater. Sci., 169 (2019) 109143】，开展了干摩擦条件下涂层摩擦行为的系统研究，揭示了低摩擦机理主要归因于界面的钝化程度（图1a），但随石墨化结构的出现及其尺寸的增加，摩擦机理逐渐由钝化行为转变为石墨化占主导【Tribol. Int., 131 (2019) 567; Carbon, 170 (2020) 621】。进一步研究发现，钝化机理主要通过同时减小界面接触面积和接触压强而减小摩擦力（图1b）【Carbon, 170 (2020) 621】，而且在表面充分钝化情况下，DLC涂层可实现比油润滑更好的摩擦性能【Tribol. Int., 136 (2019) 446】，从而为在微机电、磁盘保护中DLC涂层结构设计和应用提供了很好的理论依据。
图1 DLC涂层低摩擦机理的反应分子动力学研究：（a）不同摩擦条件下的摩擦性能及界面结构信息；（b）界面石墨化和钝化机理的对比研究
其次，将DLC涂层与润滑油结合可以显著提高运动机械部件的摩擦性能和使用寿命。然而，缺乏不同摩擦条件下接触界面的结构信息，摩擦机理阐释不充分。申请人通过反应分子动力学模拟系统研究了不同基础压强、润滑油含量和种类下固液复合滑动界面的结构演变，发现：在DLC涂层界面添加润滑油（基础油和添加剂），可改善摩擦性能，但其有效性强烈不仅依赖于载荷、转速等摩擦条件，更依赖于基础油和添加剂的种类、含量（图2）【npj Comput. Mater., 4 (2018) 53; Adv. Theory Simul., 2 (2019) 1800157; Comput. Mater. Sci., 161 (2019) 1；Carbon, 150 (2019) 465; ACS Appl. Mater. Interfaces, 12 (2020) 43320; Comput. Mater. Sci., 195 (2021) 110499】。特别地，摩擦过程中润滑基础油碳-碳骨架经特定断裂而解离，从而控制摩擦行为，导致内在机理从流体润滑转变为界面钝化，从而为润滑油的选择和设计（粘度、饱和键态、链长、功能改性位置）提供理论依据，据此可开发具有长寿命的新型润滑系统。
图2 DLC涂层固液复合润滑行为对添加剂种类及结构的依赖性
以上研究工作以第一/通讯作者身份，在npj Comput. Mater、Carbon、ACS Appl. Mater. Interfaces、Appl. Surf. Sci.等高水平期刊上发表SCI论文14篇，并获得国家自然科学基金面上项目、科技部国际合作交流项目、韩国国家研究基金会KRF项目、宁波材料所“一三五”重点部署子课题等项目资助。
