在高端装备、精密机械及极端工况运行过程中，边界润滑状态下摩擦界面的稳定调控是提升机械服役性能和延长使用寿命的关键。然而，传统润滑添加剂在复杂极性润滑体系中仍面临分散稳定性不足、界面作用不可控以及难以形成持续稳定保护膜等瓶颈问题。尤其是二维纳米材料虽然具有优异的层间剪切特性和承载能力，但其在液体润滑环境中的团聚行为以及界面结合稳定性限制了其进一步应用。

近日，樊小强教授团队围绕二维MXene纳米材料在边界润滑中的界面调控难题，提出了一种离子液体辅助界面工程策略，通过构筑具有“界面锚定-剪切调控”协同功能的Ti3C2Tx MXene复合润滑添加剂，实现了二维材料在极性润滑介质中的稳定分散与高效摩擦调控。相关研究成果以“Termination-dependent interfacial interactions of ionic-liquid-modified Ti3C2Tx for boundary lubrication”为题发表于国际期刊《Journal of Materials Science & Technology》（中科院一区Top，JCR Q1，IF=16.8）。论文第一作者为李新锐博士，通讯作者为樊小强教授。

针对二维材料添加剂在润滑过程中存在的“稳定分散”与“界面承载”难以兼顾的问题，研究团队引入离子液体分子对Ti3C2Tx MXene表面进行功能化修饰，构建了新型IL-Ti3C2Tx复合润滑体系。该策略利用离子液体咪唑鎓阳离子与MXene表面终端基团之间的特异性相互作用，实现纳米片层稳定锚定；同时，长烷基链向摩擦副方向延伸，为界面滑移提供分子尺度的剪切调节能力，从而实现润滑界面的稳定构筑与低阻滑移。

图1 IL-Ti3C2Tx复合润滑添加剂的构筑示意图

图2 IL-Ti3C2Tx的形貌、元素组成以及结构/化学键合信息

为深入揭示界面调控机制，研究团队结合密度泛函理论（DFT）计算与实验表征，系统解析了离子液体分子与MXene表面终端结构之间的作用规律。理论计算表明，咪唑鎓阳离子是主要界面锚定基团，其与Ti3C2Tx不同终端（–F、–O、–OH）之间存在明显的终端依赖性相互作用；进一步计算发现，复合润滑层在钢基底上的稳定性主要受Ti3C2Tx-Fe界面电子耦合作用影响，而非单纯依赖离子液体与MXene之间的结合强度。这一发现揭示了二维润滑材料中“界面结合稳定性”和“低剪切响应”协同实现的新机制。实验结果显示，经离子液体改性后的Ti3C2Tx在PEG200极性润滑介质中表现出显著增强的分散稳定性。相比未改性的MXene，IL-Ti3C2Tx能够有效抑制纳米片层团聚，并改善其在摩擦界面的铺展行为，为持续形成保护性边界膜提供基础。

图3 DFT揭示终端依赖性的MXene–Fe界面电子耦合

在摩擦磨损测试中，仅添加0.05wt.% IL-Ti3C2Tx即可显著降低磨损损伤，相比纯PEG200润滑体系，磨损体积降低约61.4%。磨损表面分析进一步表明，改性MXene能够促进形成连续稳定的复合摩擦膜，有效减少钢基摩擦副直接接触，从而提升边界润滑性能。进一步结合EDS、XPS、Raman以及截面FIB-TEM分析发现，摩擦过程中形成了约8.5 nm厚的连续复合摩擦膜，其中富含离子液体和Ti3C2Tx衍生组分。该保护层能够降低金属直接接触，并缓解摩擦过程中的表面退化行为，为二维材料润滑添加剂的界面稳定调控提供了直接证据。

图4 IL-Ti3C2Tx添加剂浓度调控下的摩擦学性能提升

图5 IL-Ti3C2Tx形成的连续复合摩擦膜

该研究提出的“离子液体功能解耦与界面能级调控策略”，突破了传统二维润滑材料仅依赖层间滑移性能改善摩擦的设计思路，为开发适用于极性润滑介质的新型纳米添加剂提供了新的理论依据和设计方法。研究成果不仅丰富了MXene二维材料在摩擦学领域的应用体系，也为未来高性能润滑材料、智能润滑体系以及先进装备长期可靠运行提供了新的技术路径。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2026.07.112