研究进展】ACS Applied Materials & Interfaces：六方氮化硼在润滑领域的研究进展

1、系统综述了六方氮化硼（h-BN）作为润滑添加剂的结构–界面–性能关系，建立了从分散输送到界面保护膜形成的完整行为框架。

2、总结了尺寸形貌控制、表面功能化和复合设计三大策略对h-BN在润滑介质中分散稳定性、接触区输送效率及界面保留能力的影响规律。

3、对比揭示了h-BN基添加剂在水基、油基和润滑脂三类介质中的摩擦学行为、失效模式与有效性能窗口。

4、明确了不同润滑介质中h-BN的主导限制步骤：水基系统依赖界面捕获与保留，油基系统需要油膜不足区的稳定边界保护，润滑脂系统受稠化剂网络控制的颗粒存储与释放主导。

5、提出未来研究应建立分散老化–过滤行为–界面输送的定量关系，并加强电驱动、高温及绝缘润滑等服役条件下的应用验证。

研

究

背

景

在边界润滑条件下，润滑油膜无法维持完全分离，局部微凸体接触及伴随的黏着、磨粒磨损不可避免。二维层状材料因低层间剪切强度、剪切诱导取向和表面分离能力而被广泛研究为润滑添加剂。六方氮化硼（h-BN）兼具层状低剪切结构、电绝缘性、化学惰性和热氧化稳定性，在高温、氧化及电敏感润滑环境中具有独特优势。然而，h-BN表面活性低、吸附弱，在某些介质中分散性差、接触区输送效率低、滑动界面保留能力有限，导致持续减摩抗磨效果不足。现有研究已从单纯展示润滑性能转向关注颗粒能否到达接触区并参与界面保护，亟需建立结构–界面–性能的系统性框架，以指导材料结构设计、机理分析和应用评估。

1、从制备与结构调控角度，系统梳理"自上而下"的物理剥离（液相超声、球磨）和化学辅助剥离（离子液体、强碱辅助），以及"自下而上"的直接合成（模板法、激光重构）对h-BN片层厚度、尺寸分布、缺陷状态和表面化学的调控规律，明确剥离效率与结构完整性的平衡关系。

2、从表面功能化角度，对比共价功能化（氟化、羟基化、烷基化、硅烷偶联）与非共价功能化（小分子表面活性剂、离子液体、静电自组装异质结）对介质相容性、分散稳定性和界面保留行为的影响，评估功能化后摩擦膜形成的后验证据。

3、从润滑机制角度，分别解析h-BN在水基、油基和润滑脂三类介质中的输送路径、典型失效模式（堵塞进入、保留不足、不连续覆盖、膜破裂/磨屑）和界面功能（界面分离、低剪切滑移、表面缺陷填充、载荷分担）。

4、从性能窗口角度，对比未改性、表面改性和复合h-BN系统在不同浓度、载荷和工况下的有效应用边界，阐明"更小更薄并非更优"及"静态分散不等于持续输送"的核心认识，特别关注电驱动润滑中的介电击穿与电荷耗散问题。

5、从复合设计角度，归纳h-BN与PTFE、W、Ag、CaCO₃、MoS₂/WS₂等第二相的协同机制与性能补偿效应，建立面向实际润滑配方的评估框架，明确复合体系在极压承载、界面成膜和广义服役性能拓展方面的作用与局限。

主

要

结

论

1、h-BN的摩擦学性能由材料结构、表面状态、润滑介质和工况条件共同决定，并非粒径越小或片层越薄越优。适度减薄和边缘活化可促进界面捕获与低剪切滑移，但基面损伤、过度破碎或不稳定表面层会削弱承载能力和膜连续性。

2、物理剥离应关注机械能量分布对片层结构的影响，级联离心辅助液相剥离可获得窄分布的片层群体；化学辅助剥离在减薄的同时可引入边缘极性位点；直接合成和激光重构为形貌设计提供了不同于剥离路线的策略空间，但结构优势能否转化为稳定润滑性能仍取决于分散和界面行为。

3、共价功能化改善介质相容性但常伴随晶格扰动和缺陷生成；非共价功能化对晶体结构破坏较小，但油酸等小分子吸附仅适合短期稳定，长链离子液体和聚合物功能化可实现长期分散保留，并促进转移膜形成。

4、水基系统中h-BN主要通过局部沉积、凹坑填充和低剪切滑移缓解微凸体接触，表面功能化（如Pebax-BNNSs）和复合设计（如h-BN/TiO₂）的关键在于将分散稳定性转化为持续的界面覆盖；氟化h-BN在剪切作用下可形成纳米卷，提供滚动/非共格接触的低剪切路径。

5、油基系统中h-BN提供油膜不足区的补充边界保护，烷基化等功能化可促进h-BN/B₂O₃含硼摩擦膜的形成；但过量颗粒会导致团聚和非均匀沉积，削弱低剪切优势。h-BN与WS₂等层状材料构建的范德华异质结可能通过晶格失配实现非共格低剪切界面。