类金刚石薄膜固体超滑的研究现状和挑战

摘要

类金刚石(Diamond-like carbon,DLC)薄膜,具有高硬度、高化学惰性及低摩擦磨损等特性,特别是在一定条件下的超滑特性(摩擦系数低于0.01),为真正的近零摩擦和磨损的实现提供了可能性,因此在固体润滑领域展现出巨大的应用前景。从元素掺杂种类和键合结构特点,概述了DLC薄膜的种类多样性,归纳了不同DLC薄膜的力学及摩擦学特性。通过对比分析不同DLC薄膜在不同环境条件下的摩擦学行为,阐述了DLC薄膜超滑实现的环境敏感性,其中薄膜和环境中氢原子的作用十分关键,同时提出Si等元素掺杂改善超滑环境敏感性的可行方案。重点介绍了3种DLC超滑机理——界面钝化理论、界面石墨化理论以及转移膜形成理论,这三者均具有一定的局限性,如何更深入且全面认识DLC超滑仍是一个科学难题。最后强调了先进界面检测和表征技术对探秘DLC超滑态界面组成的重要性,并对今后亟需开展的深入研究方向进行了展望。