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据外媒报道,密苏里科技大学正在研究的名为MXenes的新型二维纳米材料,可能会带来新的超级润滑剂,从而更好地保护未来火星车的脆弱运动部件。美国宇航局(NASA)派往红色星球的机器人探测器无论从科学还是技术的角度来看,都取得了显著的成功,但仍有很大的改进空间。火星是一个非常恶劣的环境,有着极端的温度、辐射、零湿度、低大气压、高二氧化碳含量以及化学性质恶劣的土壤。

这意味着,随着未来的漫游车变得更大、更精密,并被设计成在更雄心勃勃的任务中运行更长时间,必须对其潜在的故障点进行仔细检查。

一个典型的例子是“毅力号”漫游车,它距离更换机油还有1亿英里,而且必须在其关节中使用润滑油,这些润滑油必须在15年或更长时间内不发生故障。更糟糕的是,这些润滑油不仅要在火星上生存,而且还要在航天器发射前的生物消毒过程中以及在深空穿越的几个月中生存。

与阿贡国家实验室的纳米级材料中心合作,Vadym Mochalin博士领导的密苏里科技团队正在研究MXenes(发音为Maxines),作为生产火星友好型固体超级润滑剂的一种方法。MXenes是金属碳化物,它是一种二维无机化合物,具有一些不同寻常的特性,如导电能力。它们还可以被配置成具有极低摩擦力的坚韧表面。

为了测试这一概念,研究人员将碳化钛MXene沉积在涂有二氧化硅的硅基盘上。然后,在旨在将湿度降至最低的氮气气氛中,将圆盘与一个类似金刚石的碳涂层钢球滑动。研究人员发现,Mxene具有超强的润滑性,摩擦系数为0.0067~0.0017。

然后,团队在MXene中加入了石墨烯,使得摩擦力又降低了37.3%,磨损也降低了2倍。这意味着它不仅可以在太空任务中得到潜在的应用,而且还可以在陆地上使用,因为与许多其他润滑剂不同,它不需要化石燃料作为原材料。

“当我看到火星上的探测器着陆时,我想:‘如果它的一个轮子里的润滑剂失效了怎么办’,”Mohalin说,“然后我就和我们在MXenes上的工作联系起来了,因为我想到了我们刚刚发现MXenes在没有氧气和湿度的大气中表现出了超强的润滑性,接近火星上的情况。”

该成果发表在《Materials Today Advances》杂志上。

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