近日，中国科学院兰州化学物理研究所吉利研究员团队与武汉大学欧阳稳根教授团队合作在智能润滑材料领域取得重要进展，成功研发出具备自感知调控、自决策修复一体化特征的铜/碳复合薄膜智能润滑新材料，解决了传统碳膜真空润滑寿命短的行业痛点，为高端装备智能润滑技术发展开辟了全新路径。相关研究成果发表于《自然通讯》。
智能润滑材料是高端装备制造领域的前沿方向，可依托自身特性感知摩擦工况变化，主动完成润滑补给与损伤修复，能将装备运维从传统被动维护升级为主动防护，对于提升重大装备运行可靠性、降低能耗与碳排放、服务绿色发展的策略意义重大。此次研发的铜/碳复合薄膜，突破了现有智能润滑材料的技术局限，形成了无需额外激发源、可自主按需润滑的全新材料体系。
研究团队通过实验与理论模拟证实，该铜/碳复合薄膜拥有类生命体的感知响应-决策调控-损伤修复完整智能润滑循环机制。材料依托摩擦过程中自然产生的摩擦热作为驱动力，就可以实现整套智能润滑流程，摆脱了外部能量供给的限制。由于纳米尺寸效应，薄膜内部的铜纳米团簇熔点大幅度降低，摩擦热会促使其发生固-液相变；在拉普拉斯压力作用下，液态铜团簇沿薄膜纳米孔道向摩擦界面迁移。受摩擦热梯度、铜纳米团簇尺寸差异影响，铜团簇在迁移途中反复完成“固-液-固”相变，形成尺寸梯度分布，实现逐级迁移，材料体系根据摩擦状态调节润滑补给量，实际做到按需润滑。与此同时，迁移至界面的铜纳米团簇还可发挥催化作用，促使周边非晶碳形成有序碳球状润滑层。结合密度泛函理论计算可知，铜原子与碳原子形成不稳定反键，弱化碳网络结构，促进sp3碳键断裂并生成sp2碳结构，进一步强化界面润滑效果，且薄膜具备优异的力学性能与热稳定性。
研究人员通过实时监测摩擦系数、接触电阻、金属释放量，还原了材料的工作过程：摩擦初期的摩擦系数高，铜原子快速迁移补充；随后进入自调节阶段，摩擦系数降至约0.04并小幅动态调整；长时间运行后进入稳定润滑状态，迁移近乎停止；当摩擦对偶界面被更换或润滑体系遭到破坏时，修复机制迅速启动，再次构建稳定润滑体系，循环往复。
性能测试结果为，在真空工况下，铜/碳复合薄膜可实现低至0.04的超低摩擦系数，耐磨损运行里程突破40千米，相较传统含氢碳膜实现飞跃，解决了碳膜材料真空环境下润滑寿命短的领域性技术难题。
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