智能近红外响应的Ti3C2TxMXene薄膜，用于按需动态调节摩擦力并实现可持续、可靠的润滑效果

《Journal of Colloid and Interface Science》：Intelligent NIR-responsive Ti 3C 2T x MXene films for on-demand dynamic friction modulation and sustainable robust lubrication

　　通过酸预处理和高压剥离法制备了具有可调表面化学和超低摩擦特性的Ti3C2Tx MXene纳米片，构建了稳定且响应性强的固-液复合润滑系统。系统在14,400次循环测试中摩擦系数稳定，最低达0.025（较纯基材降低95.8%），并实现近红外光触发下44秒快速磨合及动态摩擦调控。

　　Ti₃C₂T_x MXene是一种具有独特物理化学性质的二维材料，其在润滑领域的应用前景广阔。这种材料因其可调的表面化学特性、较弱的层间作用力以及优异的界面滑动性能而受到广泛关注。然而，在实际应用中，Ti₃C₂T_x MXene的摩擦响应性和动态调控能力仍存在一定的挑战，尚未得到充分的探索和解决。为了克服这些问题，本研究提出了一种新的策略，即通过压力诱导的方法制备超薄的Ti₃C₂T_x MXene纳米片，并构建了多种可调结构的固液润滑系统，实现了对摩擦行为的高效调控和长期稳定的润滑效果。

在实际工业和科技应用中，机械传动系统和精密仪器的摩擦与磨损问题一直是一个严峻的挑战。随着科技的不断发展，对高性能润滑材料的需求也日益增长。传统的润滑方式通常采用固体润滑剂或液体润滑剂，但它们各自存在一定的局限性。固体润滑剂虽然具备较高的载荷能力和耐高温性能，但在某些情况下会产生噪音，而液体润滑剂则在流动性和兼容性方面表现良好，但其承载能力较低，使用寿命相对较短。因此，研究者们开始关注固液复合润滑体系，希望通过结合固体和液体润滑的优点，实现更高效的摩擦控制和更长的使用寿命。

在众多的二维材料中，Ti₃C₂T_x MXene因其独特的结构和性能而备受瞩目。Ti₃C₂T_x MXene由多层钛碳氮化合物构成，层间通过较弱的范德华力相互作用，使其具有较大的比表面积和优异的平面机械强度。这些特性使得Ti₃C₂T_x MXene在降低摩擦系数和增强抗磨性能方面表现出色。此外，Ti₃C₂T_x MXene还具有独特的电子结构和表面化学特性，使其在多种工作条件下都能表现出良好的润滑性能。

然而，Ti₃C₂T_x MXene在实际应用中仍面临一些挑战。其中，形成致密的薄膜是实现其稳定润滑性能的关键步骤。目前，大多数研究在常压条件下制备Ti₃C₂T_x MXene纳米片，但这种方法往往难以获得具有优异性能的致密薄膜。为了克服这一问题，本研究引入了一种压力诱导的合成策略，通过酸预浸泡和高压深度剥离的方法，成功制备出超薄的Ti₃C₂T_x MXene纳米片。这种方法不仅提高了酸与铝元素的反应活性，还进一步促进了Ti₃AlC₂在反应过程中的深度剥离，从而获得了具有优异结构特性的纳米片。

通过将这些纳米片有序地沉积在基底上，形成致密、光滑且厚度可控的固态薄膜，研究人员进一步引入了不同的润滑介质，构建了多种固液复合润滑界面。这种设计使得Ti₃C₂T_x MXene能够在不同的工作条件下展现出卓越的摩擦降低性能。在实验测试中，该系统实现了最低摩擦系数为0.025的优异性能，相较于纯基底，摩擦系数降低了95.8%。此外，该润滑系统在超过14,400次摩擦循环测试中表现出出色的可持续稳定性，摩擦系数和界面性能均未出现明显波动或失效，显示出其在实际应用中的可靠性和耐久性。

值得注意的是，该系统在近红外（NIR）光照射下能够实现快速的界面重构，从而显著缩短传统润滑系统的磨合时间，仅需44秒即可完成。这一特性使得Ti₃C₂T_x MXene在复杂和动态的工作环境中具有更大的适应性和响应性。通过NIR光的刺激，材料的结构和性能能够动态调整，从而实现对摩擦行为的智能控制。这种响应机制不仅克服了传统润滑系统在响应时间和界面稳定性方面的不足，还为未来智能润滑系统的开发提供了新的思路和方向。

Ti₃C₂T_x MXene的电子富集表面能够有效地吸收近红外光，并通过光热转换机制将光能转化为热能，进而影响其内部结构和表面特性。这种光热响应特性使得Ti₃C₂T_x MXene能够在特定的光热条件下改变其层间作用力和粘度，从而形成更稳定的润滑膜，提高润滑性能。相比于以往的研究，Ti₃C₂T_x MXene在光热转换效率方面表现出色，这为其实现对摩擦行为的动态调控提供了坚实的理论基础和实验支持。

在实际应用中，Ti₃C₂T_x MXene的固液复合润滑系统不仅能够显著降低摩擦系数，还能够有效减少磨损。通过与不同类型的润滑介质相结合，该系统能够在多种工作条件下保持稳定的性能。这种灵活性和适应性使其在航空航天、汽车制造、精密机械等多个领域具有广泛的应用前景。特别是在高温、高压或动态变化的工作环境中，Ti₃C₂T_x MXene的光热响应特性能够提供额外的润滑支持，从而延长设备的使用寿命并降低维护成本。

本研究的成果不仅为Ti₃C₂T_x MXene在润滑领域的应用提供了新的思路，还为设计和开发智能润滑系统奠定了理论基础。通过引入压力诱导的合成策略和NIR光响应机制，研究人员成功构建了一种能够实现动态摩擦控制的润滑系统。这种系统能够在不同的工作条件下自动调整其性能，从而满足复杂工况下的润滑需求。此外，该研究还揭示了Ti₃C₂T_x MXene与润滑介质之间的协同作用机制，为未来的研究提供了重要的参考价值。

在材料科学和工程领域，Ti₃C₂T_x MXene的研究仍在不断深入。通过进一步优化其合成方法和应用条件，研究人员有望实现更高效的摩擦控制和更长的使用寿命。此外，Ti₃C₂T_x MXene与其他功能材料的复合也可能带来新的性能突破。例如，通过与聚合物、陶瓷或其他纳米材料的结合，可以开发出具有更优异性能的复合润滑材料，从而满足更广泛的应用需求。

在实际工程应用中，Ti₃C₂T_x MXene的固液复合润滑系统具有重要的现实意义。它不仅能够提高设备的运行效率，还能降低能耗和维护成本，从而对可持续发展和节能减排产生积极影响。此外，这种润滑系统还具有良好的环境适应性，能够在不同的温度、湿度和压力条件下保持稳定的性能，这使其在极端环境下的应用成为可能。

总之，Ti₃C₂T_x MXene作为一种新型的二维材料，在润滑领域展现出巨大的潜力。通过引入压力诱导的合成策略和NIR光响应机制，研究人员成功构建了一种能够实现动态摩擦控制的润滑系统。这种系统不仅在性能上表现出色，还具备良好的可持续性和适应性，为未来智能润滑技术的发展提供了新的方向和可能性。随着相关研究的不断深入，Ti₃C₂T_x MXene在润滑领域的应用前景将更加广阔，有望成为解决复杂工况下摩擦与磨损问题的重要材料。