近日，国际知名期刊《Carbon》在线刊登了我所的最新研究成果“Tribological properties of graphene-modified with ionic liquids and carbon quantum dots/ bismaleimide composites”。该成果报道了一种基于碳量子点、离子液体和石墨烯的复合润滑填料，可作为传统润滑填料的高效替代品，应用于润滑领域，显著降低能耗并延长设备的使用寿命。

聚合物复合材料以其成型工艺简单、比强度高、耐化学性好、抗疲劳性能优异等优点而日益受到人们的关注，广泛应用于航空航天、汽车工业、电子电气、建筑等领域。随着机械系统的快速发展，开发具有优异摩擦学性能的聚合物复合材料受到了研究者和应用市场的重视。但是，聚合物基体本身摩擦系数大且耐磨性差。已有大量研究报道，在摩擦过程中，将润滑颗粒引入聚合物基体中，可在金属摩擦副表面形成自润滑转移膜，有效改善聚合物的摩擦学性能复合材料。

针对上述问题，马建中教授团队通过结构优化设计，提出以具有优异自润滑性能和增强功能的石墨烯为衬底，在其表面沉积尺寸极小的碳量子点和能够与金属摩擦副形成强双电层吸附膜的离子液体，以改善石墨烯与聚合物基体的相容性及其与金属摩擦副的相互作用，将其复合填料引入双马来酰亚胺（BMI）树脂中探究其对复合材料摩擦学性能的影响（图1）。结果表明，CQDs/IL/rGO润滑填料在BMI树脂基体中能够均匀分散（图2），且能够显著降低其复合材料的摩擦系数，并提升其耐磨性和摩擦稳定性（图3）。

图1. CQDs/IL/rGO/BMI复合材料制备流程

图2. BMI (a)、0.6 wt% rGO/BMI (b)、0.6 wt% CQDs/rGO/BMI (c)、0.6 wt% IL/rGO/BMI (d)和0.6 wt% CQDs/IL/rGO/BMI (e)复合材料断裂表面的SEM图

图3. BMI及其复合材料的平均摩擦系数(a)和体积磨损率(b)

由于碳量子点和离子液体的沉积，不仅能够防止石墨烯片层的叠加，而且能够显著提升其与聚合物基体的相容性。在摩擦过程中，尺寸极小的碳量子点能够从石墨烯表面脱落，进入金属摩擦副表面的凹坑，从而使其表面更加平整；离子液体以其独特的离子化合物结构，能够在金属摩擦副表面形成强的双电层吸附膜，促进自润滑转移膜的快速形成，并显著提升其牢固性；CQDs/IL/rGO润滑填料在BMI树脂基体中良好的分散，能够使其在摩擦过程中形成更加均匀、连续的自润滑转移膜（图4和图5）。

图4.纯BMI (a)、0.6 wt% rGO/BMI (b)、0.6 wt% CQDs/rGO/BMI (c)、0.6 wt% IL/rGO/BMI (d)和0.6 wt% CQDs/IL/rGO/BMI (e)复合材料磨损表面的SEM图

图5. RGO/BMI、CQDs/ RGO/BMI、IL/ RGO/BMI和CQDs/IL/ RGO/BMI复合材料的摩擦磨损机理示意图

如上所述，对于本研究中的三元复合粒子，实验中可以基于量子点、离子液体、二维纳米片等体系制备得到，同时通过改变体系中各组分的结构、负载量等因素可有效调控其性能。因此，这些研究结果将为实验中设计并开发新型润滑填料提供新的策略和理论依据，

论文主要完成人及第一作者为我所青年教师刘超，通讯作者为我所马建中教授。感谢国家自然科学基金对本工作的支持。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622321007260