世界能源消耗的1/3是由摩擦磨损造成的，润滑技术是有效的节能手段，探索环境友好的润滑材料是一个重要的研究方向。二硫化钼具有层状晶体结构（层间是较弱的范德华力，层板是较强的共价键，层板易于沿切向方向滑移），是苛刻工况条件（高温、高载、极压等）下润滑的必备选择，但是存在钼资源稀散，重金属污染，高温下易氧化失效的问题。

近年来，我院董晋湘教授课题组在探索新型固体润滑剂替代二硫化钼研究方面取得系列进展。从晶体结构特点出发，前期研究材料主要涉及到层状氧化物如层状硅酸钠以及层状磷酸锆。通过温和合成方法——晶种法和低温自加压法，分别制备出α-和β-层状二硅酸钠材料，避免了高能耗和杂晶玻璃体生成的问题；摩擦学试验结果表明，层状二硅酸钠材料可有效提升润滑油和润滑脂的承载能力（在液体石蜡基础润滑油中添加1.0 wt%α-层状二硅酸钠，承载能力P_B值由392 N提升至470 N，在PAO9锂基润滑脂中添加5.0 wt%β-层状二硅酸钠，承载能力P_B值由353 N提升至1568 N。）[Hong Xu, Yajie Wang, Huafeng Li, Lei Liu, Feng Deng, Guoxu Chen, Jinping Li and Jinxiang Dong*.J. Mater. Chem. 2009, 19, 6896–6900;Xiaosheng Zhang, Weichao Sun, Huijuan Ma, Hong Xu* and Jinxiang Dong*.Ind. Eng. Chem. Res. 2014, 53, 182−188]在离子液体热合成体系中制备出α-层状磷酸锆，发现可以有效改善矿物基础油（100 SN）的承载抗磨性能（承载能力P_B值由470 N提升至598 N，抗磨能力磨斑直径由0.58 mm减少到0.33 mm。）[Lei Liu, Zhaofeng Chen, Haibo Wei, Yang Li, Yuchuan Fu, Hong Xu, Jinping Li, Alexandra M. Z. Slawin and Jinxiang Dong*. Inorg. Chem. 2010, 49, 8270–8275 ]通过直接水热合成的方式，分别获得了铜、镁、镍离子交换型α-层状磷酸锆，实现了粒径的有效调控；添加到锂基润滑脂中，改善了承载抗磨能力；摩擦副表面分析结果表明，磷酸锆材料可以在表面形成保护膜；考察了不同粒径对润滑性质的影响，较大颗粒样品承载能力高，较小颗粒样品在相对温和载荷下的减摩抗磨性质表现出优势。[Xiaosheng Zhang, Hong Xu, Zhijun Zuo, Zhi Lin, Stanislav Ferdov and Jinxiang Dong*.ACS Appl. Mater. Interfaces. 2013, 5, 7989−7994;Xiaosheng Zhang, Hong Xu* and Jinxiang Dong*.JMEPEG 2018, 27,1927–1935;Xiaosheng Zhang, Hong Xu* and Jinxiang Dong.Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed. 2019, 34(1), 47-54；Li Chen, Xiaosheng Zhang, Hong Xu and Jinxiang Dong.Tribol Lett 2016, 64,1.发明专利CN201310030217.2, CN201310221283.8]

近期，本课题组在统一的摩擦学试验工况下对比了经典固体润滑材料的摩擦学性质，建立了材料晶体结构与承载力之间的关联（表1）。具有褶皱层板的层状材料，具有更高的承载能力。在建立的固体润滑材料构效关系的基础上，遵循元素资源丰富、绿色环保的原则，从晶体学数据库中筛选出了可以作为新型固体润滑剂的层状磷酸钾镁和层状磷酸钾钙材料。（图1）。[Xiaosheng Zhang, Wenxing Niu, Yingjing Dai, Hong Xu* and Jinxiang Dong*.Scientific Reports 2018, 8,16210;发明专利CN201310169803.5,CN107502422A, CN107502423A] 文中筛选出的环保型固体润滑材料（层状磷酸钾镁、层状磷酸钾钙），在食品、纺织、船用机械等方面具有潜在的应用前景；文章发明的快速筛选材料的方法为各种具有应用潜力的材料的合成与应用提供了指导。

表1 多种经典层状固体润滑材料层板晶体结构（球棍模型与多面体模型）展示及承载机理 

图1通过晶体数据库检索筛选出环保型层状磷酸钾镁/钙作为固体润滑剂