超薄纳晶石墨烯层诱导的近零磨合期低摩擦行为研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51705331
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0505.机械摩擦学与表面技术
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Amorphous carbon film generally undergoes a long high-friction run-in period before reaching the stable low-friction stage. For application of low friction, shortening or eliminating the high-friction run-in period is still an important problem. This project proposes to solve the problem by depositing an ultrathin graphene nanocrystallite layer on the amorphous carbon film. During the friction, the ultrathin graphene nanocrystallite layer will induce the formation of graphene on the contact surface quickly, and the film reaches the low-friction stage with a near-zero-run-in period. Aiming at the scientific problem of “principle of near-zero-run-in-period low-friction behavior induced by ultrathin graphene nanocrystallite layer ”, this application tends to carry out studies in three aspects: triggering low friction with the formation of graphene, regulating near-zero-run-in period with nanocrystallite size, and the low friction mechanism under different friction conditions. More specially: (1) Through testing friction behaviors of the films with a Pin-on-Disk tribometer, and observing the formation of graphene induced by graphene nanocrystallite with Tip-Enhanced Raman Spectroscopy and Double Spherical Aberration-Corrected Transmission Electron Microscope, the triggering of low friction with the formation of graphene is revealed . (2) Through tuning the formation speed of graphene with nanocrystallite size, the regulatory mechanism of near-zero-run-in period is clarified. (3) Through analyzing the nanostructure evolution of graphene under different friction conditions, and the effect of graphene polycrystalline structure on the low friction behavior is studied, and the near-zero-run-in-period super-low-friction behavior is obtained. The research outcomes provide an new idea for the design and fabrication of near-zero-run-in-period low-friction films.
非晶碳膜在达到低摩擦状态前常会经历长时间的高摩擦磨合阶段,如何缩短乃至消除高摩擦磨合期是低摩擦应用中的重要难题。本项目提出在非晶碳膜上制造一层超薄纳晶石墨烯,来快速诱导摩擦界面上形成石墨烯,使碳膜在近零磨合期下达到低摩擦状态。针对“超薄纳晶石墨烯层诱导的近零磨合期低摩擦原理”这一核心科学问题,围绕石墨烯的形成对低摩擦的促发作用,纳晶尺寸对近零磨合期调控机制,不同摩擦条件对低摩擦的作用机理等三项内容开展研究。具体如下:(1)通过球盘型摩擦实验,结合原子力针尖增强拉曼光谱和双球差透射电镜辨析纳晶石墨烯层诱导下石墨烯的形成,揭示石墨烯的形成对低摩擦的促发作用;(2)利用纳晶尺寸控制石墨烯形成速度,澄清近零磨合期调控机制;(3)分析不同摩擦条件下石墨烯的结构演变规律,阐明石墨烯多晶结构对低摩擦行为影响机理,获得近零磨合期超低摩擦碳膜。本研究结果为具有近零磨合期低摩擦行为的薄膜设计制造提供新思路。

结项摘要

非晶碳膜在达到低摩擦状态前常会经历长时间的高摩擦磨合阶段,如何缩短乃至消除高摩擦磨合期是低摩擦应用中的重要难题。为此,本项目提出在非晶碳膜上制造一层超薄纳晶石墨烯,来快速诱导摩擦界面上形成石墨烯,使碳膜在近零磨合期下达到低摩擦状态。具体围绕石墨烯的形成对低摩擦的促发作用,纳晶尺寸对近零磨合期调控机制,不同摩擦条件对低摩擦的作用机理等三项内容开展研究。研究结果发现:(1)利用低能电子照射诱导沉积方法在非晶碳膜上实现了纳晶石墨烯覆盖层制造,并获得了近零磨合期低摩擦行为,通过透射电镜揭示了纳晶石墨烯覆盖层可诱导石墨烯化转移膜的快速形成,进而促发碳膜进入低摩擦状态的作用机制;(2)获得了磨合期随覆盖层中纳晶尺寸的变化规律,再结合纳米刻划,纳米压痕测试,以及高温退火实验结果,阐明了近零磨合期低摩擦机理为:相比于非晶碳,纳晶石墨烯覆盖层易于磨损,从而起到牺牲层的作用,并在摩擦力作用下纳晶石墨烯层能够快速重构,形成纳晶石墨烯化的转移膜,从而进入低摩擦状态;(3)通过元素掺杂在电子照射下实现了超光滑纳晶碳膜制造,提出超光滑机理为掺杂元素诱导碳膜内碳化物键合的形成,并使纳晶石墨烯的生长方向由垂直取向转变为随机取向。分析了不同元素掺杂条件下的纳晶碳膜快速低摩擦行为,澄清了摩擦氧化和石墨烯化对稳定低摩擦系数的影响,并在载流条件下获得了硅掺杂纳晶石墨烯碳膜的零磨合期低摩擦行为。以上研究结果为具有近零磨合期低摩擦行为的薄膜设计制造提供新思路。此外,将该项目的纳晶石墨烯碳膜精确可控制造技术,拓展至柔性传感应用领域,成功制造了一种具有超高灵敏系数和高拉伸性(最大应变15%)的柔性力学传感器,并实现了多种人体运动检测应用。因其具有远超常规应变片的灵敏系数,其在开发适用于超低摩擦实验的摩擦磨损试验机设计制造上具有可观的应用潜力

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
Ultra-sensitive flexible strain sensor based on graphene nanocrystallite carbon film with wrinkle structures
基于皱纹结构石墨烯纳米微晶碳膜的超灵敏柔性应变传感器
  • DOI:
    10.1016/j.carbon.2019.03.001
  • 发表时间:
    2019-06
  • 期刊:
    Carbon
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Xue Peidong;Chen Cheng;Diao Dongfeng
  • 通讯作者:
    Diao Dongfeng
Ultrasmooth nanocrystalline carbon film induced by low concentration doping: Carbide disorienting graphene nanocrystallite
低浓度掺杂诱导的超光滑纳米晶碳膜:碳化物迷失石墨烯纳米微晶
  • DOI:
    10.1016/j.carbon.2019.11.090
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    Carbon
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Chen Cheng;Fan Xue;Diao Dongfeng
  • 通讯作者:
    Diao Dongfeng
Friction-induced rapid restructuring of graphene nanocrystallite cap layer at sliding surfaces: Short run-in period
摩擦引起的滑动表面石墨烯纳米微晶盖层的快速重组:磨合期短
  • DOI:
    10.1016/j.carbon.2018.01.022
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Carbon
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Chen Cheng;Xue Peidong;Fan Xue;Wang Chao;Diao Dongfeng
  • 通讯作者:
    Diao Dongfeng

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其他文献

基于有限元的土工格室加固有砟轨道沉降研究
  • DOI:
    10.19713/j.cnki.43-1423/u.2019.10.007
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    铁道科学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈成;孙建;芮瑞;徐昊;罗政
  • 通讯作者:
    罗政
循环荷载作用下泥炭质土动力累积特性试验研究
  • DOI:
    10.13722/j.cnki.jrme.2016.1471
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈成;周正明;张先伟;尹松;穆坤
  • 通讯作者:
    穆坤
c-Myc通过缺氧诱导因子-1α调控结肠癌细胞HT-29的增殖
  • DOI:
    10.3870/yydb.2013.04.007
  • 发表时间:
    2013-04
  • 期刊:
    医药导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈成;王桂华;杨熹;李小兰;陶德定;龚建平;胡俊波
  • 通讯作者:
    胡俊波
单光子激光测距技术研究进展
  • DOI:
    10.3788/lop202158.1011020
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    激光与光电子学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邵禹;王德江;张迪;陈成
  • 通讯作者:
    陈成
涉及空腔制造的最小长度尺寸限制的清晰结构拓扑优化设计
  • DOI:
    10.3901/jme.2019.19.174
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    荣见华;赵圣佞;李方义;俞燎宏;荣轩霈;陈成
  • 通讯作者:
    陈成

其他文献

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陈成的其他基金

元素定向输运诱导的零磨合超低摩擦行为研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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