以碳基材料為對象，研究開發其作為高溫固體潤滑材料，以求充分利用金剛石的超高硬度、化學穩定性和導熱性，石墨烯的柔韌性和自潤滑特性，并尋求解決金剛石的脆性和石墨烯的自支撐能力。

由華南理工大學、廣東省科學院新材料研究所（以下簡稱省科學院新材料所）和香港城市大學共同組成的研究團隊，成功地在金剛石涂層表面原位生長石墨烯涂層，構建出具有半相干界面的異質結構涂層。這種獨特的界面結構既包含強健的化學鍵合，又具有特定的錯位缺陷，實現了材料性能的最優平衡，使得高溫摩擦性能得到極大提升。

圖1:金剛石-石墨烯異質結構涂層的STEM表征圖

圖2:金剛石-石墨烯異質結構涂層高溫摩擦和抗氧化機理示意圖

進一步的，研究團隊通過分子動力學和第一性原理模擬計算揭示了兩個關鍵影響機制。首先，強韌的界面促進了能量傳遞，使柔性石墨烯能夠充當"守護者"的角色。當涂層承受應力時，石墨烯層會率先進行彈性調節和應力消散，以自我犧牲的方式保護脆性的金剛石免于災難性破壞。其次，研究團隊在石墨烯層中精心設計的缺陷起到了"捕氧器"的作用。這些缺陷為氧原子提供了優先吸附位點，在材料表面構建起抵御氧氣滲透的能量屏障，有效防止金剛石內部被氧化。同時，表面形成的氧化石墨烯層能夠減少直接接觸，實現界面間的層間滑移，進一步改善摩擦性能。

這項研究不僅揭示了提升金剛石-石墨烯異質結構涂層性能的關鍵機制，更為開發下一代高溫摩擦應用材料提供了新思路。通過界面強度調控和缺陷工程的創新設計，研究團隊成功實現了材料在高溫環境下的優異摩擦和抗氧化性能。

該研究成果受邀作為封面論文（遴選中）發表于國際權威期刊Carbon（Q1，TOP期刊，IF=10.5）。其中，林松盛教授級高級工程師為通訊作者。該研究工作得到國家自然科學基金和廣東省科技計劃項目的支持。

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供稿|真空鍍膜研究室

供圖|真空鍍膜研究室