摩擦，是許多行業(yè)經(jīng)常遇到的問(wèn)題。任何人造、自然或生物系統(tǒng)中的滾動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或滑動(dòng)接觸界面都會(huì)產(chǎn)生摩擦。如果不能有效地減少或控制，大量的摩擦往往會(huì)引發(fā)更高的磨損損失，并最終導(dǎo)致可靠性降低以及壽命縮減。
摩擦力最基本的定義是阻止兩個(gè)相互接觸的運(yùn)動(dòng)表面平滑而容易移動(dòng)的力。隨著摩擦?xí)a(chǎn)生磨損，因此，需要液體或固體潤(rùn)滑劑來(lái)防止這種情況。然而，對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，摩擦是一個(gè)有點(diǎn)棘手的問(wèn)題——軸承摩擦不是恒定的，而是通過(guò)滾動(dòng)元件、滾道和保持架之間的潤(rùn)滑膜中出現(xiàn)的某些摩擦現(xiàn)象來(lái)解決。適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑將減少軸承部件內(nèi)部滑動(dòng)表面之間的摩擦，并減少或防止?jié)L動(dòng)元件在其滾道內(nèi)的金屬對(duì)金屬接觸。雖然這是一種減少磨損和防止腐蝕的好方法，但與目前市面上的潤(rùn)滑和表面處理方案相比，在軸承上使用一些新材料可以顯著減少摩擦。
超 潤(rùn) 滑 性
從宏觀尺度看，摩擦是表面微觀缺陷的結(jié)果。然而，從原子尺度看，摩擦力與單個(gè)原子之間的引力有關(guān)。這開啟了超潤(rùn)滑現(xiàn)象；原子尺度的結(jié)構(gòu)失配使得一個(gè)表面上的多個(gè)原子不可能接近另一個(gè)表面的原子，從而導(dǎo)致極低的摩擦力。
自1990年首次提出超潤(rùn)滑性以來(lái)，已有多個(gè)研究小組觀察到這種效應(yīng)，但由于宏觀表面之間的不一致性，一直難以規(guī)?；?。直到現(xiàn)在這是這樣。
由于石墨其層狀晶格性質(zhì)而被用于早期的研究。想象一下雞蛋盒；當(dāng)雞蛋盒對(duì)齊時(shí)，它們會(huì)彼此貼敷在一起，但如果它們不對(duì)齊，它們就不會(huì)貼敷在一起，而且很容易滑過(guò)另一個(gè)。石墨的晶格結(jié)構(gòu)在某種程度上可以與這些堆疊的蛋盒相媲美，這使其成為進(jìn)一步研究超級(jí)潤(rùn)滑性的一個(gè)很好的候選者。
石墨烯和石墨烯相關(guān)材料（GRM）
石墨烯及其作為潤(rùn)滑劑的摩擦學(xué)潛力仍有待探索，很少有研究將其用作自潤(rùn)滑固體或潤(rùn)滑油添加劑。由于石墨烯是一種二維材料，它提供了傳統(tǒng)上看不到的獨(dú)特的摩擦和磨損性能。石墨烯除了具有良好的熱學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和機(jī)械性能外，還可以用作軸承的液體或膠體潤(rùn)滑劑，甚至可以以薄層形式涂覆在表面。
由于石墨烯為超薄多層結(jié)構(gòu)，它可以應(yīng)用于具有振蕩、旋轉(zhuǎn)和滑動(dòng)接觸的系統(tǒng)中，以減少摩擦和磨損，并保護(hù)軸承在接觸水時(shí)免受腐蝕，這一過(guò)程通常稱為摩擦腐蝕。這是因?yàn)槭┚哂泄饣募y理，這就可能使其成為一種優(yōu)秀的潤(rùn)滑劑。
由于石墨烯對(duì)液體和氣體的滲透性相對(duì)較低，因此在軸承中應(yīng)用石墨烯可以防止鋼表面的氧化，而且具有低剪切和高度保護(hù)作用。研究表明，石墨烯中的少量層數(shù)不僅使鋼材中的摩擦減少了7倍以上，而且使磨損也增加1萬(wàn)倍，從而減少了摩擦腐蝕。
與添加傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑相比，在軸承上涂覆石墨烯涂層的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單——石墨烯不需要任何額外的加工步驟，只需在表面噴灑少量溶液，這一過(guò)程簡(jiǎn)單、環(huán)保且經(jīng)濟(jì)。
涂覆到軸承表面的石墨烯薄層除了不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害外，還可以持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，這是因?yàn)槭┍幽軌蛟诔跏寄p循環(huán)中自行調(diào)整方向，從而提供非常低的摩擦系數(shù)（COF）。
在一項(xiàng)關(guān)于石墨烯作為一種新興潤(rùn)滑劑潛力的研究中，研究人員估計(jì)，新材料提供的摩擦能量損失減少后，每年可節(jié)能24.6億千瓦，相當(dāng)于150萬(wàn)桶石油。
很明顯，石墨烯的創(chuàng)新和新研發(fā)的材料作為軸承的固體和液體潤(rùn)滑劑都具有真正的潛力，一旦得到充分開發(fā)，將對(duì)許多機(jī)械應(yīng)用產(chǎn)生積極影響，從而帶來(lái)巨大的節(jié)能效果。
