随着NASA的火星毅力漫游者继续探索火星表面，地球上的科学家已经开发出一种新型的纳米级金属碳化物，该碳化物可以作为“超级润滑剂”来减少未来漫游者的磨损。

密苏里科技大学化学系和阿贡国家实验室纳米级材料中心的研究人员与一类称为MXenes的二维纳米材料一起工作，他们发现这种材料可以很好地减少摩擦。负责这项研究的密苏里州科学与技术学院化学副教授Vadym Mochalin博士说，这种材料在极端环境下的性能也应优于传统的油基润滑剂。

Mochalin说：“这些超级润滑材料特别适合极端条件下的高级抗磨和润滑应用，例如火星上的恒久流浪者现在所经历的那些。” 他和他的同事在2021年3月版的《今日材料》杂志上发表了一篇论文(“使用2D过渡金属碳化物(MXenes)和MXene /石墨烯涂层实现超润滑”)描述了他们的发现。

莫查林说，他在观察了漫游者的降落之后，将这项研究与恒心的火星旅程联系起来。

“当我看到火星车在火星上着陆时，我想：“如果其中一个轮子的润滑剂失效了怎么办?然后，我与MXene的研究建立了联系，因为我想到我们刚刚发现MXene在没有氧气和湿气的环境中(接近火星上的情况)显示出超润滑性。”

MXene(发音为Maxines)是具有非凡特性的金属碳化物材料。例如，它们的导电能力使其成为用于储能，传感和光电的候选对象。在最新的材料研究中，Mochalin和他的团队进行了一系列测试，以确定它们在某些材料中作为固态润滑剂的性能如何。

研究人员通过将碳化钛MXene沉积在硅基底(磁盘)上进行了纳米级的圆盘摩擦试验，该硅基底上涂覆了一层薄薄的二氧化硅(二氧化硅是沙子的主要成分)。然后，他们通过将MXene滑动到类似钻石的碳涂层钢球上来测试MXene的耐磨损能力。他们在干燥的氮气环境中进行了这些测试，这大大降低了湿度。

Mochalin说，测试发现，钢球和涂有二氧化硅的圆盘之间的MXene界面在“超润滑状态”下产生的摩擦系数为0.0067至0.0017。摩擦系数是指两个对象之间的摩擦量，通常由0到1之间的值决定。该值越小，摩擦力越小。

当团队将石墨烯添加到钛卡宾MXene时，结果甚至更好。研究人员在论文中写道，添加石墨烯“进一步将摩擦降低了37.3%，磨损降低了2倍”，而不会影响MXene的超润滑性能。

Mochalin和他的同事说：“这些结果为探索各种摩擦学应用中的MXene系列开辟了新的可能性。” 摩擦学是对相互作用表面的摩擦，磨损和润滑的研究。

脚踏实地的好处

尽管此类超级润滑剂可能被证明对于在外星环境中的机器(从火星探测器到小行星采矿设备)有用，但它们也可能具有更多的脚踏实地的好处。Mochalin说，与油基润滑剂不同，MXenes不会依赖不可再生能源，例如煤炭或石油。