2015年，美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Argonne National Laboratory)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種可應(yīng)用于工程規(guī)模的超潤(rùn)滑性（近零摩擦）材料。其主要由石墨烯和極小的金剛石組成。然而，該研究團(tuán)隊(duì)近期用二硫化鉬取代了石墨烯，從而使得二硫化鉬引起一個(gè)反應(yīng)，把金剛石變成洋蔥狀的碳。

        然而，通過(guò)二硫化鉬對(duì)金剛石中碳形態(tài)的改變又將會(huì)有一個(gè)怎么樣的結(jié)論呢？或有著一個(gè)怎樣的應(yīng)用呢？研究團(tuán)隊(duì)表示這種材料是一種自產(chǎn)生的、低摩擦的干潤(rùn)滑劑。其最大的優(yōu)點(diǎn)就在于這種材料比其他固體潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑性能更持久。

圖片來(lái)源：Badri Narayanan和Subramanian Sankaranarayanan，美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

        原子模擬化學(xué)機(jī)制導(dǎo)致減少摩擦。a-d:在硫(S-)誘導(dǎo)的金剛石納米顆粒非晶化過(guò)程中，在不同的時(shí)間段內(nèi)模擬得到的原子快照。e-h:在形成類似洋蔥的碳結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，在不同時(shí)間段內(nèi)模擬得到的原子快照。

        超潤(rùn)滑性（摩擦本質(zhì)上消失的狀態(tài)）是一種非常理想的性能。在我們的生活中，許多汽車(chē)以及一些其他機(jī)械組件由于摩擦而磨損，隨之失去其應(yīng)有的效率。為了解決這些問(wèn)題，科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種新材料，其可以在干燥的環(huán)境中達(dá)到超潤(rùn)滑性。同時(shí)其也存在著許多潛在的應(yīng)用，例如風(fēng)力渦輪機(jī)齒輪、計(jì)算機(jī)中的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器和旋轉(zhuǎn)密封等。值得一提的是，阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在超潤(rùn)滑技術(shù)上擁有三項(xiàng)專利。而且他們目前正在申請(qǐng)最新突破的專利，并將很快獲得許可。

        2015年，來(lái)自美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)多學(xué)科團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種由石墨烯、納米金剛石顆粒和類金剛石碳組成的材料，這種材料首次在宏觀尺度上顯示出超潤(rùn)滑性。為了將材料的設(shè)計(jì)信息展示出來(lái)，研究人員將在阿貢摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)室和納米材料中心(CNM)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，并在阿貢領(lǐng)導(dǎo)力計(jì)算機(jī)構(gòu)(ALCF)和國(guó)家能源研究科學(xué)計(jì)算中心(NERSC)進(jìn)行了大規(guī)模分子動(dòng)力學(xué)模擬。

        該研究團(tuán)隊(duì)繼續(xù)進(jìn)一步發(fā)展了這種潤(rùn)滑劑技術(shù)。最近，他們用二硫化鉬取代了石墨烯，以探索使用其他二維材料的影響。

        除了對(duì)這種新材料進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)研究外，研究人員還在ALCF的Mira超級(jí)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行了模擬，以闡明這種材料在納米尺度上的行為。利用LAMMPS(大型原子/分子大規(guī)模并行模擬器)代碼，該團(tuán)隊(duì)的大規(guī)模原子模擬揭示了機(jī)械應(yīng)力誘導(dǎo)的摩擦化學(xué)反應(yīng)的分子洞察力，從而得出這種反應(yīng)導(dǎo)致了超潤(rùn)滑。

        研究人員發(fā)現(xiàn)二硫化鉬在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)分解為鉬和硫，并與納米金剛石發(fā)生反應(yīng)，將金剛石的碳結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為洋蔥狀的碳結(jié)構(gòu)，即洋蔥狀的碳結(jié)構(gòu)是由幾層球狀可以用作干潤(rùn)滑劑的石墨殼組的。

        具有洋蔥狀的碳結(jié)構(gòu)的這種材料是一種自發(fā)生潤(rùn)滑劑，且可以不斷重新調(diào)整自身，從而使其比傳統(tǒng)的干潤(rùn)滑劑具有更長(zhǎng)的使用壽命。而關(guān)于這項(xiàng)研究的研究成果發(fā)表在了《Nature Communications》。

        為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算要求苛刻的分子動(dòng)力學(xué)模擬，ALCF的工作人員與IBM，勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作，優(yōu)化Mira和其他多核架構(gòu)的LAMMPS性能。