趙聰慧，張傳祥，張曉琪，凡玉方

研究綜述

碳量子點的摩擦學(xué)研究進展

趙聰慧，張傳祥*，張曉琪，凡玉方

（河南理工大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，河南 焦作 454003）

機械設(shè)備的摩擦和磨損，造成了大量材料和能量消耗。碳量子點（Carbon quantum dots，CQDs）是一種新型零維納米材料，具有獨特的物化性質(zhì)和良好的摩擦學(xué)性能，能夠提高基礎(chǔ)油的潤滑性，延長機械設(shè)備的使用壽命，逐漸成為潤滑領(lǐng)域中綠色、有前途的減摩抗磨材料。首先簡要概述制備CQDs的至上而下和至下而上的兩大類方法，然后著重介紹了CQDs作為潤滑添加劑表面功能化、雜原子摻雜、納米復(fù)合材料制備3種改善摩擦性能的策略，通過梳理CQDs基納米材料作為減摩抗磨劑添加劑在摩擦學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用實例，發(fā)現(xiàn)與其他納米材料相比，CQDs具有超小的尺寸、表面官能團可調(diào)、分散性好、吸附穩(wěn)定性好、毒性低、環(huán)境友好、易合成、成本低等優(yōu)點，這些獨特的性質(zhì)造就了其優(yōu)異的減摩抗磨性，證明了CQDs基納米材料在摩擦學(xué)中擁有巨大的應(yīng)用潛力。之后對CQDs作為潤滑油添加劑的滾動軸承效應(yīng)、形成潤滑保護膜、填充修復(fù)效應(yīng)和拋光效應(yīng)4種潤滑機制進行了總結(jié)和分析。最后概述了目前CQDs在摩擦學(xué)領(lǐng)域一些亟待解決的關(guān)鍵性問題，并展望了CQDs在未來摩擦學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展趨勢。CQDs在潤滑領(lǐng)域的成功應(yīng)用為具有更好減摩和抗磨性能的下一代碳納米顆粒提供了參考和可能性，促進了碳納米材料和納米技術(shù)在節(jié)能和環(huán)保方面的重大發(fā)展。

碳量子點；制備；潤滑添加劑；摩擦學(xué)；應(yīng)用；機理

摩擦在生活中隨處可見，例如車輛利用摩擦力改變方向和速度，傳送帶利用靜摩擦力運送物品，鞋底設(shè)計花紋增大摩擦力便于行走等等。摩擦與人們的生活密切相關(guān)，是人們實現(xiàn)正常生產(chǎn)生活不可或缺的一部分。然而，摩擦是一把雙刃劍，給生活帶來便利的同時，有害摩擦例如機械設(shè)備的摩擦磨損又會帶來巨大的能源損耗。因此，開發(fā)潤滑技術(shù)控制和減少摩擦磨損是非常有必要的。經(jīng)廣泛研究，使用潤滑劑是行之有效的方法[1-4]。添加劑是潤滑劑中非常重要的組成部分，根據(jù)用途的不同，潤滑油添加劑可分為油性劑、清凈分散劑、抗氧化劑、黏度指數(shù)改進劑、防銹劑和摩擦改進劑等[5]。其中，摩擦改進劑和油性劑通過在摩擦表面形成物理吸附、沉積膜或摩擦化學(xué)反應(yīng)膜，對于降低摩擦磨損具有不可替代的作用[6-9]。潤滑技術(shù)能夠減少有害氣體的排放、提高燃油利用率和機械設(shè)備的使用壽命。合理有效地使用潤滑劑順應(yīng)我國綠色發(fā)展潮流，對于節(jié)約能源、實現(xiàn)我國碳中和目標具有重大意義。

二烷基二硫代磷酸鋅（ZDDP）是一種傳統(tǒng)的潤滑添加劑，這類添加劑通常含有硫、磷、氯、重金屬等有害元素，雖然具有良好的減摩抗磨性[11-13]，但是對環(huán)境產(chǎn)生極大的危害，不符合當今社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和節(jié)能減排政策。在近些年，碳基納米材料由于具有形貌尺寸可控、耐腐蝕性強、熱穩(wěn)定性好和自潤滑性優(yōu)良等優(yōu)點，因此常常作為傳統(tǒng)潤滑添加劑的替代品，廣泛應(yīng)用于潤滑領(lǐng)域[14-19]。如圖1[10]所示，常見的碳納米材料有納米石墨[20]、納米金剛石[21]、石墨烯[22-24]、富勒烯[25-26]、碳納米管[27-28]、洋蔥狀碳[29]和碳量子點[6,10,30]。上述碳基納米材料作為添加劑雖然表現(xiàn)出良好的減摩、抗磨和極壓性能，但也存在一些不能忽視的缺點。例如，納米石墨、碳納米管和石墨烯在某些維度上仍屬于微材料，導(dǎo)致它們在摩擦表面的納米級凸點之間嵌入穩(wěn)定性不理想。除富勒烯外，其他碳基納米材料的尺寸分布極不均勻。此外，大多數(shù)碳基納米材料的表面具有很強的化學(xué)惰性，通過化學(xué)改性提高其在潤滑油基礎(chǔ)油中的分散穩(wěn)定性非常困難。因此，它們在摩擦過程中容易結(jié)塊，嚴重的磨粒磨損會顯著加劇摩擦面的摩擦磨損，甚至削弱潤滑油基礎(chǔ)油的摩擦學(xué)性能。這些缺點在一定程度上大大削弱了傳統(tǒng)碳基納米材料的摩擦學(xué)性能，顯著限制了其實際應(yīng)用。碳量子點（CQDs）是繼富勒烯、碳納米管和石墨烯之后發(fā)現(xiàn)的一種新型碳納米材料，具有超小的尺寸、表面官能團可調(diào)、分散性好、吸附穩(wěn)定性好、毒性低、環(huán)境友好、易合成、成本低等優(yōu)點，高度符合摩擦學(xué)領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芗{米潤滑添加劑的要求，能夠顯著改善潤滑油的摩擦學(xué)性能從而節(jié)約能源和延長機械使用壽命，是潤滑科學(xué)中綠色、有前途的減摩抗磨材料，是一種很有發(fā)展?jié)撃艿臐櫥砑觿31]。碳量子點（CQDs）也叫作碳點，指的是尺寸小于10 nm，一般為類球形或球形，能穩(wěn)定發(fā)光的納米碳。CQDs通常具備sp2雜化的共軛納米晶核，表面含有大量羧基、羥基和羰基等含氧基團，這使得碳量子點可以溶解在水中或者一些極性的有機溶劑中。碳量子點因自身獨特的結(jié)構(gòu)，不僅具有生物相容性高和毒性低的特點，還具有上轉(zhuǎn)換熒光發(fā)射、優(yōu)異的電子儲存和電子轉(zhuǎn)移性質(zhì)、易于表面改性、表面官能團可設(shè)計、合成方法簡單且多樣等特性[32-36]。迄今為止，碳量子點已經(jīng)被證明在眾多領(lǐng)域中表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價值和潛力，如生物成像、藥物輸送、太陽能電池、光催化和生物傳感等[37-41]。近年來，CQDs作為新興的潤滑添加劑受到廣泛關(guān)注，大量CQDs及其納米復(fù)合材料被研究和制備。

本文概述了近年來CQDs的主要制備方法，詳細介紹了調(diào)控其碳核和表面基團的3種方法（CQDs表面功能化、雜原子摻雜及其復(fù)合材料制備），并將其作為潤滑添加劑在摩擦學(xué)的應(yīng)用進行了總結(jié)；闡述了 CQDs作為潤滑添加劑提高摩擦學(xué)性能的4種潤滑機理；最后討論了CQDs作為綠色高效潤滑添加劑所面對的一些挑戰(zhàn)，并展望了其未來的發(fā)展狀況。

1 CQDs的制備

CQDs的制備方法多種多樣，主要可以概括為兩大類，自上而下法和自下而上法[42]。如圖2[43]所示，至上而下具有操作簡單、產(chǎn)量高、易于功能化等優(yōu)點，但也存在大小和形貌難以控制的缺點；而自下而上可以精確控制CQDs的大小和功能化基團。自上而下法是通過電弧放電、激光燒蝕、電化學(xué)方法、酸氧化和熱分解等將塊狀炭黑、石墨、石墨烯等材料剝離裁剪成小尺寸納米CQDs，所用碳源結(jié)構(gòu)中一般含有石墨微晶，或者大量的sp2共軛微區(qū)；而自下而上法是通過合適的分子或聚合物前體的脫水、聚合和碳化來實現(xiàn)，包括水熱/溶劑熱、熱解、微波處理和超聲波等方法，若反應(yīng)條件過于溫和，一般不會得到具有明顯晶體結(jié)構(gòu)的CQDs，碳核結(jié)構(gòu)可能是無定型的碳[44]，也可能是由非共軛的聚合物交聯(lián)形成的納米顆粒[45]。由于制備工藝和原料具有多樣性，CQDs的形狀、尺寸、表面基團以及結(jié)晶度不同，因而其穩(wěn)定性、電荷、極性和熒光性質(zhì)存在很大差異[46-49]。

圖1 摩擦學(xué)領(lǐng)域常用的碳基納米材料[10]

圖2 碳量子點的制備示意圖[43]

1.1 自上而下法

電弧或激光燒灼法是利用高能量的電弧或激光等技術(shù)，將石墨等塊狀材料破壞、消蝕，再經(jīng)過進一步的分離或氧化處理得到納米CQDs的一種方法。例如Sun等[50]使用激光燒灼石墨和水泥的混合物，破壞其結(jié)構(gòu)從而制備出粒徑分布在3～10 nm的CQDs。電弧或激光燒蝕法，雖然能合成結(jié)晶程度較高、熒光性能較好的CQDs，但存在產(chǎn)率低、純化過程復(fù)雜和難以大批量制備的缺點。

電化學(xué)氧化法是利用電化學(xué)裝置，通過電流的作用氧化碳質(zhì)材料來制備合成碳量子點的方法，其工作電極可以是石墨、碳納米管、碳粉、石墨烯以及炭黑等。Zheng等[51]以石墨棒作為電極，通過一步電化學(xué)方法制備出CQD/GO納米復(fù)合材料。電化學(xué)法可以通過調(diào)整電極電勢和電流密度來調(diào)節(jié)控制碳量子點的尺寸和結(jié)構(gòu)，而且操作簡單、原料豐富、成本低廉，得到的碳量子點產(chǎn)量高、結(jié)晶度高、易提純，應(yīng)用前景很好。

化學(xué)氧化法是用濃硝酸等氧化劑對石墨、碳纖維和活性炭、炭黑等碳材料進行炭化刻蝕得到CQDs的一種方法。Dong等[52]通過簡單的酸氧化法，從活性炭中獲得了高產(chǎn)率、粒徑分布在3～4 nm的CQDs。Liu等[53]使用雙氧水溫和氧化煤焦油瀝青，得到一種具有強熒光性高產(chǎn)率GQDs，并且可以通過控制氧化的溫度和時間，從而對CQDs的尺寸形貌進行調(diào)控。

超聲法是利用超聲“空化”作用產(chǎn)生的壓力差和剪切力，將碳源中的部分化學(xué)鍵打斷，并將其原位碳化和鈍化，進而生成CQDs。例如，Huang等[54]以卷煙灰為碳源，通過一鍋超聲法在含硫醇基團的 PEG 中合成了聚環(huán)氧乙烷（PEG）修飾的CQDs；Zhu等[55]以鋰離子電池中嵌鋰石墨為碳源，在去離子水中通過超聲剝離得到具有良好水溶性的CQDs。超聲法不需要苛刻的反應(yīng)條件，制備流程簡單。

1.2 至下而上法

微波合成法是通過微波輻射使有機小分子化合物快速碳化脫水來制備碳量子點的一種綠色、高效的方法。Wu等[56]以檸檬酸和鄰苯二胺為原料，通過3 min的微波反應(yīng)，得到平均粒徑為5 nm具有良好生物相容性的CQDs。Shereema等[57]采用微波輔助法以麥芽糖為原材料，合成了平均尺寸為2 nm的綠色發(fā)光碳量子點。微波法操作簡單、制備速度快、成本低、環(huán)保，對設(shè)備的要求低，熒光量子產(chǎn)率較高，是一種比較受歡迎的合成碳量子點的方法，但此法也存在制備的CQDs粒徑分布不均勻、分離純化比較困難等缺點。

水熱合成法主要是以檸檬酸等小分子有機物為碳源，以水或者有機溶劑為溶劑，在高壓高溫反應(yīng)釜中制備碳量子點的方法。Xiong等[58]以異丙醇為碳源、納米氧化錫為催化劑，通過水熱法在180 ℃反應(yīng)1 h，得到具有明亮藍光的CQDs。水熱法操作簡單，不需要昂貴的設(shè)備，反應(yīng)在密閉的反應(yīng)釜中進行，避免了有毒物質(zhì)的揮發(fā)。另外，水熱法所需的原料來源廣泛，除了葡萄糖、檸檬酸等碳水化合物，水果、樹葉等生活中常見的物質(zhì)也可以作為碳源。

熱解法是在高溫環(huán)境中熱解有機化合物使其碳化脫水而制備合成CQDs的一種方法。通過熱解法制備的CQDs具有可設(shè)計性，只要選擇合適的原材料就能獲得期望的官能團或性能。Guo等[59]采用一步熱解法將檸檬酸和甘氨酸在200 ℃的溫度下加熱3 h，制備出具有藍色熒光的氮摻雜碳量子點。熱解法制備過程簡單，得到的碳量子點熒光量子產(chǎn)率比較高且結(jié)晶性好。但是這種方法制備時間較長，得到的碳量子點的粒徑分布不均勻，需要進一步的純化處理。

2 CQDs基納米材料的制備及其在潤滑領(lǐng)域中的應(yīng)用

研究表明，添加少量的CQDs便能顯著提高潤滑油的摩擦學(xué)性能，使?jié)櫥湍軌驖M足高負荷、高精度等極端工況的要求，而且由于其粒徑尺寸小，表面能高等特性，使分散于基礎(chǔ)油中的納米顆粒極易吸附于摩擦副表面，起到修復(fù)磨損表面的作用[60]。這一特性對于提高機械運行品質(zhì)、延長機械設(shè)備壽命具有重大意義。CQDs在潤滑油中分散時，能夠正常地游走，對油的流動不造成阻礙，也能在摩擦副表面上形成碳基潤滑膜而具備出色的潤滑性能，而且具有綠色無毒、化學(xué)穩(wěn)定等特點，是高效、環(huán)保型碳納米潤滑添加劑的典型代表。

近幾年，研究學(xué)者對碳量子點的摩擦學(xué)性能進行了探索與研究[61-62]。CQDs作為潤滑添加劑，能夠顯著提高基礎(chǔ)油的潤滑效果[6,61-68]。He等[61]通過一鍋氣相爆轟法成功合成了4種粉末狀的石墨烯量子點（CQDs），在392 N載荷下用四球試驗機對4種CQDs的摩擦學(xué)性能進行了探索，其中小尺寸、多層、大基團的CQDs-3表現(xiàn)最優(yōu)，其平均摩擦因數(shù)和平均磨斑直徑分別降低了65.2%和43.5%，在0.8%的最佳添加量下表現(xiàn)出最佳的摩擦學(xué)性能。他們認為，優(yōu)異的減摩抗磨性能是拋光效應(yīng)和修復(fù)效應(yīng)共同作用的結(jié)果，摩擦過程中CQDs可以容易地附著在磨損表面上形成潤滑膜，避免摩擦副的直接接觸，而且由于CQDs的滑動和滾動效應(yīng)，起到拋光作用，可以實現(xiàn)比基礎(chǔ)油更低的摩擦因數(shù)。此外，由于CQDs具有較小的尺寸和良好的分散性，能夠填補較深的劃痕，具有較好的修復(fù)效果，從而可以實現(xiàn)更好的抗摩擦和磨損的潤滑性能。Qiang等[69]發(fā)現(xiàn)CQDs能夠顯著降低水的摩擦因數(shù)，當CQDs的質(zhì)量濃度為4 mg/mL時，相應(yīng)的CQDs-4樣品表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，與水相比，其平均摩擦因數(shù)和磨損率分別降低了42.5%和58.5%。Mou等[70]以銀杏葉為碳源通過簡單的水熱合了碳點（CQDs）（見圖3），在PEG中表現(xiàn)出優(yōu)良的分散性、持久的穩(wěn)定性和吸引人的熒光發(fā)射行為。制備的CQDs作為PEG200的添加劑，在邊界潤滑條件下具有良好的潤滑性和承載能力，使用壽命長。當加入質(zhì)量分數(shù)為0.20%的CQDs時，PEG200的抗磨減摩性能分別提高了70.5%和34.7%。他們認為，CQDs的基本潤滑機制主要與CQDs產(chǎn)生的嵌入摩擦化學(xué)膜及其納米潤滑功能有關(guān)，即表面有機部分和碳核的協(xié)同作用。

2.1 CQDs的表面功能化制備及其潤滑性能的研究

CQDs本身的球狀納米結(jié)構(gòu)特點決定了其具有潛在的摩擦學(xué)性能，由于其表面功能化可控，可以獲得可控的性能并且能夠明顯改善與分散介質(zhì)的相容性問題。表面改性通過控制納米粒子的表面結(jié)構(gòu)，從而調(diào)節(jié)其摩擦學(xué)特性，是一種廣泛使用的策略[31,71-72]。表面官能團可以增加碳納米添加劑的穩(wěn)定性，使納米顆粒容易吸附摩擦表面，然后在表面形成保護膜，從而最大限度地減少摩擦界面之間的接觸。同時，納米粒子的表面官能團與粒子碳核的協(xié)同作用對潤滑劑的減摩、提高耐磨性具有重要作用。因此，表面功能化對于納米顆粒作為潤滑劑添加劑至關(guān)重要。很多一步法制備CQDs，可以在其生成過程中直接摻入特定的雜原子或者表面官能團，無需后續(xù)復(fù)雜的修飾步驟，從而簡化了制備過程并降低了成本[73-74]。CQDs具有多個活性位點和較大的比表面積，因此更容易被其他特定的分子修飾，從而調(diào)節(jié)其極性和穩(wěn)定性[75-78]，使其在潤滑方面擁有巨大的競爭優(yōu)勢。

2.1.1 離子液體（ILs）改性CQDs

由于離子液體具有熱穩(wěn)定性高和化學(xué)穩(wěn)定性好、良好的摩擦學(xué)性能和可控的混溶性，引來越來越多學(xué)者的關(guān)注，廣泛應(yīng)用于潤滑領(lǐng)域[79-83]。通過構(gòu)建具有獨特核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子雜化物，以ILs為殼可以提高納米粒子的分散穩(wěn)定性和摩擦學(xué)性能。ILs 改性的CQDs結(jié)合了ILs和CQDs兩者的優(yōu)點，已被用作高效的潤滑劑添加劑。最近，ILs修飾CQDs的合成取得了令人矚目的進展，ILs修飾的CQDs已成為一種高性能潤滑油添加劑[82,84-89]。2016年，Wang等[84]首次采用一鍋熱解法成功制備了一種形成ILs封端的CDs（CDs-Br），并利用CDs-Br和LiNTf2之間的陰離子交換反應(yīng)，獲得了能夠穩(wěn)定分散在PEG中的CDs-NTf2，使用摩擦試驗機對其摩擦性能進行分析，當加入質(zhì)量分數(shù)為0.3%的CDs-NTf2時，其摩擦因數(shù)和磨痕直徑分別降低了70%和33%，表現(xiàn)出良好的減摩抗磨性能。他們提出了CD-NTf2基添加劑可能的潤滑機理，說明了CDs-NTf2的協(xié)同潤滑作用，包括離子液體基團的膜潤滑和碳核的納米潤滑，如滾動、修補和拋光作用，是其優(yōu)異摩擦學(xué)性能的原因。2017年，Ma等[90]采用葡萄糖和HCl通過酸輔助超聲處理合成CQDs，然后通過研磨CQDs和ILs獲得 ILs修飾的CQDs（圖4a），作為硅芯片的潤滑材料表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，在加入量為3.6%時獲得了約0.006的超低摩擦因數(shù)和0.7×10?14m3/(N·m)的超低磨損率。Wang的團隊[85]開發(fā)了一種更簡單的一步熱解法來制造 ILs修飾的CQDs作為水基潤滑油添加劑（圖4b），大大縮短了復(fù)雜而漫長的制備過程，在0.05%的最佳質(zhì)量分數(shù)下，平均摩擦因數(shù)和磨損量分別減少了65%和60%，展現(xiàn)了優(yōu)異的摩擦性能。為了使ILs修飾的CQDs可溶于有機介質(zhì)，R. Badía Laí?o團隊[89]分別使用離子液體和谷胱甘肽作為碳源并用有機陽離子進行修飾獲得兩種不同的CQDs，具有長烷基鏈的ILs實現(xiàn)了CQDs表面功能化，為其表面提供了疏水特性，可以在有機介質(zhì)中保持長期穩(wěn)定性，為油基潤滑劑添加劑的開發(fā)提供了新的思路。為了提高ILs修飾的CDs在高負載下的減摩性能，Wang課題組[91]使用聚（離子液體）（PILs）作為ILs的替代品，并通過表面引發(fā)的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合合成了 PILs接枝 CDs（圖4c）。經(jīng)過摩擦性能測試，表明CDs-PILs-1在添加量為1.5%時摩擦因數(shù)和磨損量分別降低了61.9%和82.5%，表現(xiàn)出最佳的減摩和抗磨性能。他們認為，CQDs納米粒子和離子液體的強吸附作用以及摩擦化學(xué)反應(yīng)后碳和硼酸鹽元素在界面的共沉積作用有效地保護了表面的摩擦磨損，表現(xiàn)出優(yōu)異的減摩抗磨性。Cai課題組[92]通過共價接枝3-（羥丙基）-3-甲基咪唑雙(水楊酸根)硼酸鹽，合成了ILs/CDs雜化納米材料（圖4d），CQDs-OHMimBScB 質(zhì)量分數(shù)為1.0%時的摩擦因數(shù)和磨損體積分別為0.029和1.2×10?3mm3，與純的PEG基礎(chǔ)液相比分別減少了73.15%和75.55%。他們認為，優(yōu)異的摩擦性能除了嵌入碳核的摩擦化學(xué)膜的保護作用還歸因于CDs- PILs的碳核和PILs殼的協(xié)同潤滑作用。

圖3 銀杏葉生物質(zhì)CQDs的合成及摩擦學(xué)應(yīng)用[70]

2.1.2 聚合物修飾的CQDs

研究表明，表面接枝聚合物能夠顯著提高納米材料的分散穩(wěn)定性和潤滑性能[72,93]。一般常用來修飾CQDs的聚合物有PEG、油胺和聚電解質(zhì)等[76,94-102]。在2017年，Dong課題組[100]首次報道了兩步法制備的PEG接枝CQDs具有良好潤滑效果。首先，以DL-丙氨酸為碳源，通過微波輻射合成具有氨基（—NH2）、羥基（—OH）和羧基（—COOH）基團的CDs。然后將所得CDs與PEG和殼聚糖混合攪拌，制備CDs/ PEG/殼聚糖復(fù)合凝膠。在凝膠中，PEG通過氫鍵接枝在CDs表面，形成潤滑劑并產(chǎn)生優(yōu)異的潤滑效果。之后，他們使用類似的方法制備了不同種類的含有PEG接枝CDs的水凝膠，從而實現(xiàn)緩釋潤滑性[96,99]。2019年，He等[97]以PEG、檸檬酸和尿素為原料首次設(shè)計了一步超聲波法制備了PEG接枝CQDs用于潤滑。在此過程中，檸檬酸和尿素經(jīng)歷脫水和碳化形成了氮摻雜的CQDs，PEG不僅充當基礎(chǔ)液體，還充當鈍化劑以附著在N-CQDs的表面上。經(jīng)修飾后的CQDs添加劑的平均摩擦因數(shù)達到0.02超低值，在600 N載荷下，用四球試驗機測得的磨痕直徑為0.55 mm，表現(xiàn)出高效的潤滑性能。他們認為，表面鈍化、碳核和CDs的微小尺寸對有效改善潤滑性能起決定性作用。Liu等[98]將葡萄糖酸和PEG的混合物通過一鍋熱解法，制備了PEG修飾的CQDs（如圖5所示），CQDs經(jīng)PEG200改性后，摩擦因數(shù)降低了83.5%、磨損體積減少高達90.9%，摩擦學(xué)性能遠優(yōu)于未經(jīng)修飾的CQDs。Lu等[101]以油胺為改性劑、檸檬酸為前驅(qū)體設(shè)計了一種簡單的一鍋熱解方法得到油胺（OA）改性的CDs，開發(fā)了能用于聚α-烯烴（PAO）基礎(chǔ)油的新型油基添加劑。將OA修飾的CDs作為PAO的潤滑添加劑，在四球模式和392 N載荷下，其平均摩擦因數(shù)和平均磨痕直徑分別降低了47%和30%，并且可以長時間工作而不會削弱潤滑能力。他們認為，摩擦膜的協(xié)同效應(yīng)是OA-CQDs基添加劑在邊界潤滑下優(yōu)異的減摩抗磨能力的原因。Mou等[102]通過檸檬酸和聚乙烯亞胺（PEI）一步水熱處理得到PEI接枝CDs，PEI改性CDs在水中具有優(yōu)異的分散穩(wěn)定性，用作添加劑以促進水的潤滑作用，并通過磁力攪拌PEI修飾的CDs和LiNTf2的前體，借助質(zhì)子化和陰離子交換過程，聚電解質(zhì)被接枝到PEI修飾的CDs的表面，聚電解質(zhì)修飾的CDs作為聚乙二醇的添加劑表現(xiàn)出卓越的減摩抗磨性能。

圖4 （a）ILs修飾的CQDs的組裝過程示意圖[90]；（b）一步熱解法制備 ILs 封端的CDs[85]；（c）CDs-PILs的制備過程示意圖[91]; (d) CQDs-OHMimBScB形成過程的示意圖[92]

2.2 雜原子摻雜CQDs的制備及其潤滑性能的研究

除了表面修飾方法，雜原子摻雜也是納米材料控制其摩擦學(xué)性能常用的功能化手段[103-105]。大量研究表明，雜原子摻雜會導(dǎo)致CQDs本征結(jié)構(gòu)和電子產(chǎn)生畸變，從而便于調(diào)節(jié)其元素組成、電子性質(zhì)和表面化學(xué)性質(zhì)，摻雜不僅會影響CQDs的熒光性質(zhì)，還會影響其摩擦性能[77,106-108]。近年來，各種雜原子例如氮、硫、硼、氟和金屬元素已被摻入到CQDs骨架中，令人欣慰的是經(jīng)雜原子摻雜的CQDs通常表現(xiàn)出良好的潤滑性能[77,107-108]。

2.2.1 氮原子摻雜CQDs

氮原子大小與碳原子相當，且它的可用價電子可與碳原子之間形成強價鍵，是一種經(jīng)常使用的典型的化學(xué)摻雜劑[109]。氮摻雜的CQDs往往具有良好的水溶性和很強的吸電子能力，因此能夠顯著提高其熒光量子產(chǎn)率和穩(wěn)定性。2018年，Cai小組[107]首次研究了N-CQDs的潤滑性能，他們以檸檬酸和N-苯基對苯二胺分別作為碳源和氮源，通過一鍋熱解法制備出氮摻雜CQDs。N-CQDs具有多個含氮和含氧基團，因此具有很強的親水性，分散在極性溶劑中沒有任何明顯的沉淀，表現(xiàn)出長期穩(wěn)定性。在載荷為392 N的四球模式下研究了其摩擦學(xué)性能，與純的PEG相比，添加質(zhì)量分數(shù)為1%的油液的平均摩擦因數(shù)和磨斑直徑分別降低了75%和34.8%，甚至在588 N的高載荷下，其摩擦因數(shù)和磨損仍然顯著降低。他們認為，N-CQDs表面豐富的含氧和含氮官能團能夠吸附到摩擦表面正電荷位點上，然后作為“軸承球”與磨損表面反應(yīng)形成保護膜，從而減少摩擦副間的接觸面積。這種新型環(huán)境友好的N-CQDs不僅有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，還有良好的抗氧化性能，為多功能添加劑的制備提供了思路。該課題組[77]還采用低溫固相法制備了一種氮摻雜碳點（N-CQDs），并用共價接枝法對N-CQDs的親水性和疏水性進行調(diào)節(jié)，得到了能分別分散在PEG和PAO基礎(chǔ)液中的兩種N-CQDs，對其摩擦性能進行研究（如圖6所示），與PEG相比，當親水性N-CQDs添加量為1%時，其摩擦因數(shù)和磨斑直徑分別減少了75.9%和82.8%；疏水性N-CQDs 作為納米添加劑在PAO基礎(chǔ)油中也表現(xiàn)出優(yōu)異的減摩抗磨性能，其摩擦因數(shù)和磨斑直徑最多可減少47.1%和90.5%。他們認為，初始階段N-CQDs作為軸承滾珠在接觸表面產(chǎn)生滾動效應(yīng)，顯著降低了摩擦因數(shù)。由于載荷分布的不均勻和接觸區(qū)的粗糙，納米CQDs可以不均勻地沉積在磨損表面，并具有修復(fù)作用。隨著時間的延長，CQDs和摩擦表面產(chǎn)生了強烈的摩擦化學(xué)反應(yīng)，生成了含有Fe2O3、無機碳和氮元素的摩擦化學(xué)膜，阻止了金屬表面的直接接觸，且在一定程度上減少了鋼球表面在摩擦過程中的氧化。He等[108]以檸檬酸和尿素為前驅(qū)體，通過一鍋氣爆法直接合成了平均直徑為5.7 nm的固態(tài)N-CDs。研究了其作為PEG基礎(chǔ)油潤滑添加劑的摩擦學(xué)性能，在0.5%的最佳質(zhì)量分數(shù)下，與基礎(chǔ)液相比其摩擦因數(shù)和磨斑直徑分別提高了60.7%和19.7%，表現(xiàn)出優(yōu)異的減摩和抗磨性能。

圖5 CDs-PEG合成示意圖和不同濃度CDs-PEG200作為PEG添加劑的摩擦學(xué)性能[98]

2.2.2 硼原子摻雜CQDs

硼原子摻雜CQDs具有低毒性、抗氧化性和耐磨性，因而引起了摩擦界的廣泛關(guān)注。2017年，Zhang等[110]以L-谷氨酸和雙（水楊酸）硼酸鹽ILs的混合物為原料，通過熱解合成了B、N-CDs作為一種高效的潤滑添加劑。與ILs修飾的CDs不同，含有B元素的ILs插入到CDs的碳骨架中，使平均摩擦因數(shù)和磨損體積分別降低了89.34%和62.18%，他們認為優(yōu)異的潤滑性能主要是因為沉積膜的形成。之后，該小組[111]以檸檬酸和雙（水楊酸）硼酸鹽ILs為前驅(qū)體，通過水熱法制備了平均直徑為1.1 nm的B、N共摻雜CDs，表現(xiàn)出出色的潤滑性能。說明了硼原子在提高基礎(chǔ)油的摩擦學(xué)性能方面發(fā)揮了重要作用。

2.2.3 其他非金屬原子摻雜CQDs

除了氮原子和硼原子，硫原子和氟原子也可以摻入CQDs中，從而獲得更好的摩擦性能。Xiao等[112]通過一鍋水熱處理檸檬酸鈉和硫代硫酸鈉制備了一種平均粒徑為4.8 nm的硫摻雜CQDs，研究S-CQDs作為水基潤滑油添加劑摩擦學(xué)特性，使用球盤摩擦試驗機評估了CQDs作為去離子水添加劑的摩擦學(xué)性能。摩擦試驗結(jié)果表明，Si3N4-steel和Si3N4-Si3N4觸點的平均摩擦因數(shù)最大降低分別為30%和14%。雖然硫原子摻雜可以提高基礎(chǔ)液的摩擦學(xué)性能，但是硫的存在對環(huán)境并不友好。Cai 的團隊[111]以檸檬酸和六氟磷酸鹽功能化的ILs作為前驅(qū)體，通過水熱法制備了氟原子摻雜的CQDs，其磨損抗磨損性能提高了96.5%，減摩性能提高了72.7%，比氮硼共摻雜的CQDs表現(xiàn)出更優(yōu)異的減摩抗磨性能，為開發(fā)高效潤滑添加劑劑提供了新的思路。

圖6 （a）不同濃度親水性 N-CDs作為PEG添加劑的摩擦學(xué)性能；（b）不同濃度疏水性N-CDs作為PAO添加劑的摩擦學(xué)性能[77]

Fig.6 a) Tribological propertiesunder different concentrations of hydrophilic N-CDs as PEG additives; b) tribological properties under different concentrations of hydrophobic N-CDs as PAO additives[77]

2.2.4 金屬元素摻雜CQDs

除了一些常見的非金屬元素摻雜劑外，金屬元素也用于摻雜來提高CQDs的潤滑性能[113-116]。2019年，Cai等[113]首次以鉬酸銨、谷氨酸和ILs為原料采用熱解法制備了鉬摻雜的CDs（Mo-CDs），將Mo-CDs作為 PEG 基礎(chǔ)油的添加劑研究其摩擦性能，其摩擦因數(shù)和磨損體積分別降低了62.90%和80.21% ，顯示出良好的摩擦學(xué)行為。Tu等[115]以檸檬酸和乙酸鎳為原料，通過簡便的一步水熱法合成了鎳摻雜的 CQDs（Ni-CQDs）。由于更容易接近摩擦表面，Ni-CQDs的潤滑性能明顯優(yōu)于不含鎳的CQDs。2020年，Tomala等[114]以鎵和PEG作為反應(yīng)物通過超聲法制備了摻鎵CDs（Ga-CDs），Ga-CDs的抗摩能力明顯優(yōu)于PAO基礎(chǔ)油，但比不上以類似方式形成的不含鎵CDs。雖然金屬元素摻雜的CQDs有良好的減摩抗磨作用，但是存在制備成本高、環(huán)境污染風險大等缺點。

2.3 CQDs基納米復(fù)合材料的制備及其潤滑性能的研究

大量研究表明，CQDs與金屬化合物或者碳材料復(fù)合納米材料是一種高效的潤滑添加劑，具有良好的協(xié)同潤滑效應(yīng)，可以顯著提升機械設(shè)備的摩擦學(xué)性能[117-121]。2015年，Kang小組[117]首次揭示了CQDs基納米復(fù)合材料在潤滑方面的巨大潛力，他們通過石墨的電化學(xué)燒蝕制備出CQDs，并將CQDs和Cu(NO3)2混合，然后緩慢加入到裝有熱十二烷基硫醇（90 ℃）的燒杯中反應(yīng)制備出CQDs/CuS復(fù)合材料，使用四球機在1 450 r/min的轉(zhuǎn)速下研究了其作為液體石蠟添加劑的摩擦學(xué)性能，當添加劑的質(zhì)量分數(shù)為2.0%時，其磨損體積降低了78.14%，與液體石蠟相比顯著降低。他們認為，出色的抗磨性能歸因于CQDs和CuS復(fù)合材料兩者的協(xié)同作用，有效地提高了抗磨和減摩性能。CQDs基復(fù)合材料不僅可以作為油基潤滑劑的添加劑，還可以作為水基潤滑劑的添加劑。Zhang等[118]使用CQDs來修飾二維納米片（h-BN：MoS2、WS2、石墨烯等），將h-BN@CQDs復(fù)合物作為水基潤滑劑添加劑，分別用四球測試和球盤測試對其摩擦性能進行了全面的分析，實現(xiàn)了低至 0.02的摩擦因數(shù)，甚至在5 N負載下在球盤模型上實現(xiàn)了超潤滑性，顯著提高了水的潤滑性能。Cai的團隊[119]通過調(diào)整檸檬酸在210 ℃下的熱解時間，合成了4種CQDs/氧化石墨烯（GO）雜化納米材料作為PEG潤滑劑添加劑。當熱解時間為0.5 h時，得到的平均直徑約為2.5 nm的CQDs，分布均勻且分散良好，隨著熱解時間的延長，產(chǎn)生了更多的 GO，因為一部分小的CQDs轉(zhuǎn)化為GO。摩擦學(xué)性能測試表明（如圖7所示），CQDs/GO復(fù)合物作為PEG中的添加劑，當添加量為1%時，與PEG基礎(chǔ)液相比，其平均摩擦因數(shù)和磨損量分別提高了71.4%和66.9%，表明球狀CQDs和GO的協(xié)同作用賦予潤滑劑優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。Sarno等[120]通過一步溫和的綠色合成方法，在聚甲基丙烯酸甲酯分子鏈的熱膨脹過程中合成了CQDs，冷卻后納米顆粒包埋在聚合物體內(nèi)得到由一層極薄的PMMA覆蓋的CQDs，把PMMA/CQDs基復(fù)合材料作為商業(yè)油VG220基礎(chǔ)油的添加劑，對其摩擦學(xué)性能進行研究，在0.3%最佳質(zhì)量分數(shù)時，其平均摩擦因數(shù)和磨斑直徑值分別減少了20.2%和41.6%。他們認為，PMMA不僅能確保CQDs在非極性商業(yè)油中的長期穩(wěn)定性，同時還允許CQDs在摩擦過程中釋放。CQDs在帶正電荷的表面上充當軸承球，減少摩擦，且連續(xù)沉積形成保護膜，顯著減少了摩擦表面之間的直接接觸，表現(xiàn)出良好的減摩抗磨性能。

3 CQDs的潤滑機理

潤滑機理的研究對于開發(fā)高效CQDs基潤滑添加劑和理解CQDs優(yōu)異的潤滑性能具有至關(guān)重要的作用。目前，關(guān)于CQDs基添加劑的確切機理尚不明確，其潤滑機理仍存在許多爭議。研究人員采用各種先進的表面分析和模擬技術(shù)（對磨損表面進行SEM– EDS、XPS、Raman和TEM分析），通過大量研究，提出了CQDs基潤滑油添加劑的一些合理機理[10,31]。CQDs納米潤滑添加劑的抗磨減摩作用機理與傳統(tǒng)極壓抗磨添加劑有所不同，傳統(tǒng)極壓抗磨添加劑分子含有磷、硫、氯等活性基團，主要依靠在摩擦表面吸附或與金屬表面反應(yīng)形成化學(xué)反應(yīng)膜達到抗磨減摩作用。而CQDs納米材料作用機理主要有以下4種：滾動軸承效應(yīng)、形成保護膜、填充修復(fù)效應(yīng)和拋光效應(yīng)，見圖8。

3.1 滾動軸承效應(yīng)

據(jù)研究所知，幾乎所有的量子點都是球形或近球形，并且尺寸分布均勻。CQDs具有完美的形狀和較小的尺寸，當摩擦載荷不太高，近球形或球形結(jié)構(gòu)的CQDs不發(fā)生化學(xué)或機械反應(yīng)，仍保持原有的球形形狀時，可以進入摩擦表面的接觸區(qū)域，起到納米滾動軸承的作用。同時，由于CQDs表面具有豐富的基團，使其具有更好的嵌入穩(wěn)定性，因此在摩擦過程中不會被擠出摩擦表面[85]。因此，CQDs作為潤滑添加劑可以在摩擦界面可以隔開摩擦副的接觸表面，起到“滾動軸承”作用，使純滑動摩擦轉(zhuǎn)變成滑動和滾動相混合的摩擦，能夠有效地減小摩擦因數(shù)和降低磨損[112]。然而，在使用“納米滾動軸承”理論來揭示CQDs的良好摩擦學(xué)行為時，不得不考慮載荷對它的重大影響。因為CQDs的剛度和形狀可以在低載荷條件下保持，而在高載荷下將會發(fā)生不可逆變形，從而失去其“納米滾動軸承”效應(yīng)[2]。

圖7 不同熱解時間和不同濃度的TDCA作為PEG潤滑添加劑的摩擦學(xué)性能[119]

圖8 CQDs納米添加劑的潤滑機理

3.2 形成保護膜

CQDs形成的潤滑保護膜一般可分為兩種：物理潤滑膜（包括吸附和沉積膜）和摩擦化學(xué)反應(yīng)膜。由于CQDs具有粒徑小、表面活性高的特點，極易吸附在摩擦表面上，形成一層物理吸附膜，能夠避免摩擦副表面之間的直接接觸，從而降低摩擦因數(shù)和減少磨損。由于在摩擦過程中接觸點發(fā)射的低能電子，金屬摩擦副的表面將帶正電。據(jù)文獻知許多摩擦學(xué)中常用的CQDs被各種離子液體及其衍生物共價修飾，導(dǎo)致這些CQDs的最外層通常被帶負電荷的陰離子覆蓋，潤滑油中的CQDs很容易通過靜電作用吸附到摩擦表面，形成穩(wěn)定的吸附膜。其他類型的被非離子液體基團和含氧基團修飾的量子點也可以通過范德華力在摩擦表面形成吸附膜，然而不帶電的CQDs的包埋穩(wěn)定性明顯弱于離子液體修飾的CQDs。吸附膜可以起到防止摩擦表面直接接觸的作用，從而顯著降低摩擦副的摩擦和磨損[122-123]。研究表明，吸附膜可以在較低載荷下顯著降低摩擦表面的磨損。同時，CQDs也容易進入摩擦表面并沉積在其上形成沉積膜，起到與吸附膜相同的作用[91,102]。一般在摩擦過程中吸附膜和沉積膜總是共同存在的，共同減輕摩擦副的摩擦磨損。摩擦化學(xué)膜也稱為摩擦化學(xué)反應(yīng)膜，是一種典型的邊界潤滑膜，由表面基底和潤滑劑成分之間復(fù)雜的機械化學(xué)相互作用形成，摩擦化學(xué)膜在減少潤滑系統(tǒng)的摩擦和磨損方面發(fā)揮著不可或缺的作用[124-125]。摩擦化學(xué)膜主要是CQDs的表面基團和摩擦表面的基底之間在高摩擦溫度、剪切力和接觸壓力下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的。形成的摩擦化學(xué)膜具有良好的韌性和延展性、突出的抗剪切能力和優(yōu)異的極壓性能，不僅提供了表面保護，還減少了摩擦表面粗糙之間的摩擦來防止裂紋擴展。這是摩擦化學(xué)膜具有優(yōu)異的抗磨減摩性能的主要原因。研究發(fā)現(xiàn)，摻雜元素對摩擦表面具有比傳統(tǒng)C和O更高的反應(yīng)活性和親和力，這有助于形成有效的摩擦化學(xué)膜以減輕摩擦副的摩擦磨損或加速高載荷下物理潤滑膜向摩擦化學(xué)膜的轉(zhuǎn)化。因此，雜原子摻雜的CQDs通常比傳統(tǒng)CQDs具有更好的成膜能力，這為開發(fā)高效CQDs基潤滑油添加劑提供了新的思路。

3.3 填充修復(fù)效應(yīng)

填充修復(fù)效應(yīng)也被稱為自修復(fù)效應(yīng)。在摩擦過程中，CQDs可以選擇性的沉積或填充到摩擦界面的裂紋、犁溝和磨痕中，補償質(zhì)量損失，從而可以原位動態(tài)修復(fù)摩擦表面的微損傷，使摩擦表面平滑，從而顯著降低摩擦表面的摩擦和磨損。除此之外，在高載荷或高速運轉(zhuǎn)下，摩擦表面在摩擦的過程中會產(chǎn)生很多熱量，可能會使CQDs熔融，填充到表面的凹槽和劃痕中，起到抗磨減摩的效用。Wang等[84]制備的CQDs作為PEG的潤滑添加劑，不僅能在摩擦副表面形成保護膜，還能填充到表面劃痕中能夠起到修復(fù)作用，這顯示了CQDs的修復(fù)效應(yīng)在載荷較高的情況下具有顯著減摩抗磨性能。Shang等[92]報道了CQDs-N作為納米軸承球，在初始階段作為納米軸承在接觸表面上具有滾動效應(yīng)以降低磨損；隨著摩擦的進行，具有較小粒徑的CQDs-N沉積在摩擦表面，起到填充修復(fù)作用。進一步證明了CQDs作為潤滑油添加劑，其修補效應(yīng)能夠降低材料損耗和能源消耗，有效延長機械設(shè)備的使用壽命，提高能源效率。

3.4 拋光效應(yīng)

拋光效應(yīng)，也稱為平滑效應(yīng)，已被證明是減少接觸區(qū)域摩擦和磨損的一種有效的方法，因為它在減少摩擦表面的粗糙度方面提供了極好的能力[100,120,126-127]。CQDs基潤滑添加劑由于具有微小的尺寸，可以很容易地進入摩擦表面，然后填充粗糙微凸體的間隙，可能是因為CQDs基潤滑添加劑在接觸面內(nèi)充當固體潤滑劑的儲存層，這一過程稱為平滑過程。由于摩擦表面變得更加光滑，摩擦表面的實際接觸面積增加，使得接觸面積的負載顯著降低，從而降低了接觸表面的摩擦和磨損。拋光效果的本質(zhì)是通過降低接觸區(qū)域的表面粗糙度來減少摩擦表面的摩擦和磨損。He等[108]成功合成了一種GQDs基潤滑添加劑，他們發(fā)現(xiàn)這種添加劑優(yōu)異的減摩抗磨性能主要來源于拋光和修補的協(xié)同潤滑作用。

通常CQDs潤滑性能的改善并不歸因于一種機制，而往往是兩種或多種機制共同起作用的結(jié)果。如圖9a所示，Ye等[107]制備的CQDs-N在初始階段在接觸表面上充當具有滾動效應(yīng)的軸承球，降低了摩擦因數(shù)，隨著摩擦的進行，CQDs-N在壓力下沉積在磨損表面形成保護膜，減少了摩擦副的直接接觸。Mou等[102]制備的支化聚電解質(zhì)接枝CQDs不僅可以在摩擦表面形成物理吸附膜，防止摩擦表面的直接接觸來減輕磨損，同時，CQDs的表面官能團會與摩擦表面的金屬基體發(fā)生反應(yīng)形成摩擦化學(xué)膜，還可以通過低載荷下的滾動軸承效應(yīng)有效降低摩擦表面的摩擦，并且CQDs的碳核在高載荷下表現(xiàn)出修復(fù)和拋光作用（圖9b）。Zhao等[111]制備的IL-CDs具有近球形微觀結(jié)構(gòu)賦予了其“滾動效應(yīng)”，有利于降低摩擦因數(shù)。此外，隨著摩擦的持續(xù)，會產(chǎn)生高壓、摩擦熱和機械能，沉積的物理吸附膜開始分解并發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)，不僅在新生金屬表面形成保護性轉(zhuǎn)移膜，而且通過填充深劃痕表現(xiàn)出“自修復(fù)效應(yīng)”，幾種機制共同成就了其優(yōu)異的潤滑性能（圖9c）。

表1總結(jié)了各種常用的CQDs潤滑添加劑的基礎(chǔ)油、粒徑大小、添加劑濃度、摩擦試驗?zāi)Ｊ胶蜅l件、表面分析技術(shù)以及其優(yōu)異性能背后的潤滑機制。由于潤滑劑的潤滑性能不僅與添加劑的類型有關(guān)，還與接觸表面的材料成分、添加劑的濃度和摩擦條件有很大關(guān)系。所以，對于不同的研究，其平均摩擦因數(shù)和磨損沒有統(tǒng)一的可比性。

圖9 （a）CQDs-N的摩擦學(xué)機理圖[107]；（b）CNPs-PEI的潤滑機理圖[102]；（c）CDs-IL納米粒子的潤滑機制圖[111];

4 總結(jié)與展望

綜上所述，說明了碳量子點是一種具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ臐櫥砑觿?。本文對CQDs潤滑添加劑的最新研究進展進行了綜述，包括CQDs的表面功能化、雜原子摻雜、復(fù)合材料的制備及其作為添加劑在摩擦學(xué)的應(yīng)用和4種潤滑機制的研究。大量CQDs基納米材料作為減摩抗磨劑添加劑在摩擦學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用實例表明CQDs具有優(yōu)異的潤滑性能。

盡管CQDs在摩擦學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)取得了明顯的成就，但是相比于光電器件、催化、生物傳感和藥物傳輸?shù)葢?yīng)用還不夠成熟，其實際生產(chǎn)應(yīng)用仍需要近一步的研究和探索。

CQDs在潤滑領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)主要有：

1）CQDs的產(chǎn)率普遍較低，相應(yīng)的生產(chǎn)技術(shù)仍處于實驗室階段，極大地限制了其在摩擦學(xué)中的實際應(yīng)用。

2）不同制備方法或者表面功能化合成的CQDs在潤滑劑中的最佳摻比以及不同的工況條件下其摩擦性能存在較大的差異，對后續(xù)的研究與應(yīng)用的參考意義不大。

3）目前，很多CQDs潤滑添加劑主要沿用油溶性添加劑的試驗方法，有些性能不能很好的體現(xiàn)，具有一定的局限性。

4）CQDs作為潤滑添加劑的潤滑機制研究不夠完善，對CQDs作為潤滑添加劑在邊界潤滑下的潤滑機制很難進行精確的闡述。

CQDs已經(jīng)展示了其在潤滑領(lǐng)域應(yīng)用中的巨大發(fā)展?jié)摿Γ貏e是作為潤滑劑添加劑，被視為綠色和高性能添加劑的絕佳候選者。極少量的CQDs作為添加劑就能顯著增強潤滑劑的減摩和抗磨性能。通過進一步優(yōu)化制備方法，更好地理解CQDs的潤滑作用機制，將會極大地促進CQDs在潤滑科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。隨著不斷地探索,相信CQDs、功能化CQDs及其復(fù)合材料在潤滑領(lǐng)域能夠有很好的應(yīng)用前景。

未來關(guān)于CQDs在潤滑領(lǐng)域的研究將主要匯聚在以下幾個方面：

1）對現(xiàn)有的制備技術(shù)進行改良或探索，摸索出能實現(xiàn)大規(guī)模制備尺寸均勻、形貌可控、低成本且產(chǎn)率高的制備方法，實現(xiàn)CQDs潤滑添加劑的實際應(yīng)用，在可預(yù)見的未來，CQDs的大規(guī)模制備甚至商業(yè)化生產(chǎn)將是CQDs潤滑添加劑的一個重要研究方向。

2）采用分子動力學(xué)等模型，利用材料的特性對CQDs潤滑添加劑的分子結(jié)構(gòu)進行理論設(shè)計，構(gòu)建具有獨特空間結(jié)構(gòu)的分子，以解決目前潤滑添加劑材料中存在的問題。例如在潤滑添加劑的設(shè)計中,通過構(gòu)建修飾劑與CQDs材料的空間結(jié)構(gòu),可有效緩解其分散穩(wěn)定性的問題。

3）開發(fā)多功能高效CQDs潤滑添加劑，CQDs與金屬化合物、碳材料等復(fù)合可以協(xié)同提升機械設(shè)備的摩擦學(xué)性能，減少潤滑油中添加劑的用量與種類，在減少幾種添加劑之間的相容性問題的同時，還能顯著降低潤滑油總體成本。

4）對不同結(jié)構(gòu)的CQDs潤滑添加劑在不同工況中的抗磨減摩性能整理分類并利用各種先進技術(shù)手段完善各種潤滑機制。

[1] GUO Yue-xia, ZHANG Li-gang, ZHANG Ga, et al. High Lubricity and Electrical Responsiveness of Solvent-Free Ionic SiO2Nanofluids[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(6): 2817-2827.

[2] SHAHNAZAR S, BAGHERI S, ABD HAMID S B. Enhancing Lubricant Properties by Nanoparticle Addi-tives[J]. International Journal of Hydrogen Energy, 2016, 41(4): 3153-3170.

[3] 譚新峰, 雒建斌. 潤滑研究進展[J]. 中國機械工程, 2020, 31(2): 145-174, 189. TAN Xin-feng, LUO Jian-bin. Research Advances of Lubrication[J]. China Mechanical Engineering, 2020, 31(2): 145-174, 189.

[4] 溫詩鑄. 納米摩擦學(xué)研究進展[J]. 機械工程學(xué)報, 2007, 43(10): 1-8. WEN Shi-zhu. Progress of Research on Nanotribology[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2007, 43(10): 1-8.

[5] LI Chuan, LI Ming-ling, WANG Xin-yun, et al. Novel Carbon Nanoparticles Derived from Biodiesel Soot as Lubricant Additives[J]. Nanomaterials, 2019, 9(8): 1115.

[6] TANG Jin-zhu, CHEN Shu-qing, JIA Yu-long, et al. Carbon Dots as an Additive for Improving Performance in Water-Based Lubricants for Amorphous Carbon (a-C) Coatings[J]. Carbon, 2020, 156: 272-281.

[7] QU Jun, BARNHILL W C, LUO Hui-min, et al. Syne-rgistic Effects between Phosphonium-Alkylphosphate Ionic Liquids and Zinc Dialkyldithiophosphate (ZDDP) as Lub-ricant Additives[J]. Advanced Materials, 2015, 27(32): 4767-4774.

[8] 岳鵬, 張玉娟, 張平余, 等. 潤滑油納米添加劑的研究進展[J]. 表面技術(shù), 2020, 49(9): 19-34. YUE Peng, ZHANG Yu-juan, ZHANG Ping-yu, et al. Research Progress of Nanomaterials as Lubricant Oil Additives[J]. Surface Technology, 2020, 49(9): 19-34.

[9] 張嗣偉. 綠色摩擦學(xué)的最新進展[J]. 潤滑與密封, 2016, 41(9): 1-9. ZHANG Si-wei. Recent Development of Green Tribo-logy[J]. Lubrication Engineering, 2016, 41(9): 1-9.

[10] TANG Wei-wei, ZHANG Zhe, LI Yu-feng. Applications of Carbon Quantum Dots in Lubricant Additives: A Review[J]. Journal of Materials Science, 2021, 56(21): 12061-12092.

[11] QU Jun, LUO Hui-min, CHI Miao-fang, et al. Compa-rison of an Oil-Miscible Ionic Liquid and ZDDP as a Lubricant Anti-Wear Additive[J]. Tribology International, 2014, 71: 88-97.

[12] RATOI M, NISTE V B, ZEKONYTE J. WS2Nanopa-rticles-Potential Replacement for ZDDP and Friction Modifier Additives[J]. RSC Adv, 2014, 4(41): 21238- 21245.

[13] FAN Kai-zhong, LI Jing, MA Hai-bing, et al. Tribological Characteristics of Ashless Dithiocarbamate Derivatives and Their Combinations with ZDDP as Additives in Mi-neral Oil[J]. Tribology International, 2008, 41(12): 1226- 1231.

[14] YANG Hong-mei, LI Jiu-sheng, ZENG Xiang-qiong. Tri-bological Behavior of Nanocarbon Materials with Diffe-rent Dimensions in Aqueous Systems[J]. Friction, 2020, 8(1): 29-46.

[15] ALI I, BASHEER A A, KUCHEROVA A, et al. Advances in Carbon Nanomaterials as Lubricants Modifiers[J]. Journal of Molecular Liquids, 2019, 279: 251-266.

[16] ZHAI Wen-zheng, SRIKANTH N, KONG ling-bing, et al. Carbon Nanomaterials in Tribology[J]. Carbon, 2017, 119: 150-171.

[17] 薛勇, 楊保平, 張斌, 等. 納米碳材料摩擦學(xué)應(yīng)用的最新進展和未來展望[J]. 材料導(dǎo)報, 2017, 31(5): 1-8. XUE Yong, YANG Bao-ping, ZHANG Bin, et al. Tribolo-gical Application of Nano-Carbon Materials: Recent Pro-gress and Future Prospect[J]. Materials Review, 2017, 31(5): 1-8.

[18] 王超, 周新聰, 況福明, 等. 不同維度碳納米材料對水潤滑橡膠軸承摩擦磨損性能的影響[J]. 潤滑與密封, 2020, 45(2): 35-39. WANG Chao, ZHOU Xin-cong, KUANG Fu-ming, et al. Effect of Carbon Nanomaterials with Different Dimen-sions on Friction and Wear Properties of Water-Lubricated Rubber Bearings[J]. Lubrication Engineering, 2020, 45(2): 35-39.

[19] 湯金柱, 陳術(shù)清, 劉語, 等. 碳納米潤滑添加劑的維度與尺寸對聚四氟乙烯-水潤滑體系的摩擦學(xué)作用規(guī)律與機制研究[J]. 中國科學(xué): 技術(shù)科學(xué), 2020, 50(8): 1115- 1122. TANG Jin-zhu, CHEN Shu-qing, LIU Yu, et al. Effects of Dimensions and Size of Carbon Nano-Additives in Water- Based Lubricants on the Tribological Behavior for Poly-tetrafluoroethylene (PTFE) Friction Pair[J]. Scientia Sini-ca (Technologica), 2020, 50(8): 1115-1122.

[20] SINGH J P, SINGH S, NANDI T, et al. Development of Graphitic Lubricant Nanoparticles Based Nanolubricant for Automotive Applications: Thermophysical and Tribo-logical Properties Followed by IC Engine Performance[J]. Powder Technology, 2021, 387: 31-47.

[21] KIM J G, YUN T, CHAE Jun-su, et al. Molecular-Level Lubrication Effect of 0D Nanodiamonds for Highly Ben-dable Graphene Liquid Crystalline Fibers[J]. ACS App-lied Materials & Interfaces, 2022, 14(11): 13601-13610.

[22] KASAR A K, MENEZES P L. Synthesis and Recent Ad-vances in Tribological Applications of Graphene[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Tech-nology, 2018, 97(9): 3999-4019.

[23] 付甜, 麻拴紅, 周峰, 等. 石墨烯的功能化改性及其作為水基潤滑添加劑的應(yīng)用進展[J]. 摩擦學(xué)學(xué)報, 2022, 42(2): 408-425. FU Tian, MA Shuan-hong, ZHOU Feng, et al. Progress of Functionalized Graphene Nanomaterials and Their Appli-cations as Water-Based Lubricating Additives[J]. Tribo-logy, 2022, 42(2): 408-425.

[24] 陳麗, 黃銀, 于元烈. 石墨烯基納米復(fù)合薄膜及其摩擦學(xué)研究進展[J]. 材料導(dǎo)報, 2022, 36(11): 81-88. CHEN Li, HUANG Yin, YU Yuan-lie. Research Progress on Tribology of Graphene-Based Nanocomposite Films[J]. Materials Reports, 2022, 36(11): 81-88.

[25] VOJTOV V A, KRAVTSOV A G, TSYMBAL B M. Eva-luation of Tribotechnical Characteristics for Tribosystems in the Presence of Fullerenes in the Lubricant[J]. Journal of Friction and Wear, 2020, 41(6): 521-525.

[26] TAN Shan-chao, SHI Hong-yu, FU Lu-lu, et al. Superlu-bricity of Fullerene Derivatives Induced by Host–Guest Assembly[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12(16): 18924-18933.

[27] PENG Yi-tian, HU Yuan-zhong, WANG Hui. Tribological Behaviors of Surfactant-Functionalized Carbon Nanotu-bes as Lubricant Additive in Water[J]. Tribology Letters, 2007, 25(3): 247-253.

[28] XIE Hong-mei, WEI Yong-yi, JIANG Bin, et al. Tribolo-gical Properties of Carbon Nanotube/SiO2Combinations as Water-Based Lubricant Additives for Magnesium Al-loy[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2021, 12: 138-149.

[29] HE Chuang, YAN Hong-hao, LI Xiao-jie, et al. One-Step Rapid Fabrication of High-Purity Onion-Like Carbons as Efficient Lubrication Additives[J]. Journal of Materials Science, 2021, 56(2): 1286-1297.

[30] 何闖, 鄂爽, 閆鴻浩, 等. 碳點在潤滑領(lǐng)域中的應(yīng)用[J]. 化學(xué)進展, 2022, 34(2): 356-369. HE Chuang, E Shuang, YAN Hong-hao, et al. Carbon Dots in Lubrication Applications[J]. Progress in Chemis-try, 2022, 34(2): 356-369.

[31] HE Chuang, SHUANG E, YAN Hong-hao, et al. Struc-tural Engineering Design of Carbon Dots for Lubrica-tion[J]. Chinese Chemical Letters, 2021, 32(9): 2693- 2714.

[32] ANWAR S, DING Hai-zhen, XU Ming-sheng, et al. Recent Advances in Synthesis, Optical Properties, and Biomedical Applications of Carbon Dots[J]. ACS Applied Bio Materials, 2019, 2(6): 2317-2338.

[33] HE Chuang, XU Peng, ZHANG Xuan-han, et al. The Synthetic Strategies, Photoluminescence Mechanisms and Promising Applications of Carbon Dots: Current State and Future Perspective[J]. Carbon, 2022, 186: 91-127.

[34] EL-SHABASY R M, FAROUK ELSADEK M, MOHAMED AHMED B, et al. Recent Developments in Carbon Quan-tum Dots: Properties, Fabrication Techniques, and Bio- Applications[J]. Processes, 2021, 9(2): 388.

[35] 張路鵬, 張清梅, 何松杰, 等. 碳點的功能化研究進展[J]. 發(fā)光學(xué)報, 2022, 43(7): 1147-1163. ZHANG Lu-peng, ZHANG Qing-mei, HE Song-jie, et al. Progress on Functionalization of Carbon Dots[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2022, 43(7): 1147-1163.

[36] 李程浩, 劉亞敏, 盧彬, 等. 碳點的高性能化和功能化改性: 方法、特性與展望[J]. 化學(xué)進展, 2022, 34(3): 499-518. LI Cheng-hao, LIU Ya-min, LU Bin, et al. Toward High- Performance and Functionalized Carbon Dots: Strategies, Features, and Prospects[J]. Progress in Chemistry, 2022, 34(3): 499-518.

[37] MOLAEI M J. A Review on Nanostructured Carbon Qua-ntum Dots and Their Applications in Biotechnology, Sen-sors, and Chemiluminescence[J]. Talanta, 2019, 196: 456- 478.

[38] ZHAO Si-yu, CHEN Xin-rui, ZHANG Cai-xia, et al. Fluorescence Enhancement of Lignin-Based Carbon Qua-ntum Dots by Concentration-Dependent and Electron- Donating Substituent Synergy and Their Cell Imaging Applications[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13(51): 61565-61577.

[39] SHEN Yu-jie, RONG Ming-cong, QU Xiao-dan, et al. Graphene Oxide-Assisted Synthesis of N, S Co-Doped Carbon Quantum Dots for Fluorescence Detection of Multiple Heavy Metal Ions[J]. Talanta, 2022, 241: 123224.

[40] ALAGHMANDFARD A, SEDIGHI O, REZAEI N T, et al. Recent Advances in the Modification of Carbon- Based Quantum Dots for Biomedical Applications[J]. Ma-terials Science & Engineering C-Materials for Biological Applications, 2021, 120: 111756.

[41] TAJIK S, DOURANDISH Z, ZHANG Kai-qiang, et al. Carbon and Graphene Quantum Dots: A Review on Syn-theses, Characterization, Biological and Sensing Applica-tions for Neurotransmitter Determination[J]. RSC Advan-ces, 2020, 10(26): 15406-15429.

[42] HU C, MU Y, LI M Y, et al. Recent Advances in The Syn-thesis and Applications of Carbon dots[J]. Acta Physico- Chimica Sinica, 2019, 35(6): 572-590.

[43] ZHU Shou-jun, SONG Yu-bin, ZHAO Xiao-huan, et al. ThePhotoluminescence Mechanism in Carbon Dots (Graphene Quantum Dots, Carbon Nanodots, and Polymer Dots): Current State and Future Perspective[J]. Nano Research, 2015, 8(2): 355-381.

[44] ZHU Cheng-zhou, ZHAI Jun-feng, DONG Shao-jun. Bi-functional Fluorescent Carbon Nanodots: Green SynthesisSoy Milk and Application as Metal-Free Electrocatal-ysts for Oxygen Reduction[J]. Chemical Communica-tions, 2012, 48(75): 9367-9369.

[45] ZHU Shou-jun, SONG Yu-bin, SHAO Jie-ren, et al. Non- Conjugated Polymer Dots with Crosslink-Enhanced Emi-ssion in the Absence of Fluorophore Units[J]. Angewan-dte Chemie International Edition, 2015, 54(49): 14626- 14637.

[46] 陳子豪, 蔡云飛, 張騰飛, 等. 聚合反應(yīng)時間對聚酰亞胺基碳膜結(jié)構(gòu)和性能的影響研究[J]. 裝備環(huán)境工程, 2022, 19(8): 103-109. CHEN Zi-hao, CAI Yun-fei, ZHANG Teng-fei, et al. Ef-fects of Polymerization Time on the Microstructure and Properties of PI-based Carbon Films[J]. Equipment Envi-ronmental Engineering, 2022, 19(8): 103-109.

[47] LI Ya-dong, XU Xiao-kai, WU Ying, et al. A Review on the Effects of Carbon Dots in Plant Systems[J]. Materials Chemistry Frontiers, 2020, 4(2): 437-448.

[48] FARSHBAF M, DAVARAN S, RAHIMI F, et al. Carbon Quantum Dots: Recent Progresses on Synthesis, Surface Modification and Applications[J]. Artificial Cells, Nano-medicine, and Biotechnology, 2018, 46(7): 1331-1348.

[49] ZAHIR N, MAGRI P, LUO Wen, et al. Recent Advances on Graphene Quantum Dots for Electrochemical Energy Storage Devices[J]. Energy & Environmental Materials, 2022, 5(1): 201-214.

[50] SUN Ya-ping, ZHOU Bing, LIN Yi, et al. Quantum-Sized Carbon Dots for Bright and Colorful Photoluminesce-nce[J]. Journal of the American Chemical Society, 2006, 128(24): 7756-7757.

[51] ZHENG Chan, HUANG Li, GUO Qiao-hang, et al. Facile One-Step Fabrication of Upconversion Fluorescence Carbon Quantum Dots Anchored on Graphene with Enhanced Nonlinear Optical Responses[J]. RSC Advances, 2018, 8(19): 10267-10276.

[52] DONG Yong-qiang, ZHOU Na-na, LIN Xiao-mei, et al. Extraction of Electrochemiluminescent Oxidized Carbon Quantum Dots from Activated Carbon[J]. Chemistry of Materials, 2010, 22(21): 5895-5899.

[53] LIU Quan-run, ZHANG Jing-jie, HE He, et al. Green Preparation of High Yield Fluorescent Graphene Quantum Dots from Coal-Tar-Pitch by Mild Oxidation[J]. Nanoma-terials, 2018, 8(10): 844.

[54] HUANG Hong-ye, CUI Yi, LIU Mei-ying, et al. A One- Step Ultrasonic Irradiation Assisted Strategy for the Pre-paration of Polymer-Functionalized Carbon Quantum Dots and Their Biological Imaging[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2018, 532: 767-773.

[55] ZHU Xiao-hua, WANG Hai-ying, JIAO Qi-fang, et al. Preparation and Characterization of the Fluorescent Car-bon Dots Derived from the Lithium-Intercalated Graphite Used for Cell Imaging[J]. Particle & Particle Systems Characterization, 2014, 31(7): 771-777.

[56] WU Wei, HUANG Jun, DING Li-yun, et al. A Real-Time and Highly Sensitive Fiber Optic Biosensor Based on the Carbon Quantum Dots for Nitric Oxide Detection[J]. Jou-rnal of Photochemistry and Photobiology A: Chemi-stry, 2021, 405: 112963.

[57] SHEREEMA R M, SANKAR V, RAGHU K G, et al. One Step Green Synthesis of Carbon Quantum Dots and Its Application towards the Bioelectroanalytical and Biolabe-ling Studies[J]. Electrochimica Acta, 2015, 182: 588-595.

[58] XIONG Hui-fang, AN Bao-li, ZHANG Ji-ming, et al. Efficient one Step Synthesis of Green Carbon Quantum Dots Catalyzed by Tin Oxide[J]. Materials Today Com-munications, 2021, 26: 101762.

[59] GUO Xing-jia, XU Li-ping, ZHANG Li-zhi, et al. One- Pot Solid Phase Pyrolysis Synthesis of Highly Fluorescent Nitrogen-Doped Carbon Dots and the Interaction with Human Serum Albumin[J]. Journal of Luminescence, 2018, 196: 100-110.

[60] OGANESOVA E Y, LYADOV A S, PARENAGO O P. Nanosized Additives to Lubricating Materials[J]. Russian Journal of Applied Chemistry, 2018, 91(10): 1559-1573.

[61] HE Chuang, YAN Hong-hao, WANG Xiao-hong, et al. Graphene Quantum Dots Prepared by Gaseous Detonation Toward Excellent Friction-Reducing and Antiwear Addi-tives[J]. Diamond and Related Materials, 2018, 89: 293- 300.

[62] FAN Xiao-qiang, LI Wen, FU Han-min, et al. Probing the Function of Solid Nanoparticle Structure under Boundary Lubrication[J]. ACS Sustainable Chemistry & Enginee-ring, 2017, 5(5): 4223-4233.

[63] PENG Zhi-li, JI Chun-yu, ZHOU Yi-qun, et al. Polyethy-lene Glycol (PEG) Derived Carbon Dots: Preparation and Applications[J]. Applied Materials Today, 2020, 20: 100677.

[64] TANG Wen-tao, LI Pei-li, ZHANG Gao-ke, et al. Anti-bacterial Carbon Dots Derived from Polyethylene Glycol/ Polyethyleneimine with Potent Anti-Friction Performance as Water-Based Lubrication Additives[J]. Journal of App-lied Polymer Science, 2021, 138(26): 50620.

[65] WANG Fu, SHANG Lun-lin, ZHANG Guan-gan, et al. Polyethylene Glycol Derived Carbon Quantum Dots Na-nofluids: An Excellent Lubricant for Diamond-Like Car-bon Film/Bearing Steel Contact[J]. Friction, 2022, 10(9): 1393-1404.

[66] MOU Zi-hao, WANG Bao-gang, HUANG Zhi-yu, et al. Ultrahigh Yield Synthesis of Mesoporous Carbon Nano-particles as a Superior Lubricant Additive for Polyethy-lene Glycol[J]. Dalton Transactions, 2020, 49(16): 5283- 5290.

[67] HU Yi-wen, WANG Yong-xin, WANG Chun-ting, et al. One-Pot Pyrolysis Preparation of Carbon Dots as Eco- Friendly Nanoadditives of Water-Based Lubricants[J]. Carbon, 2019, 152: 511-520.

[68] JING Shuang-shuang, ZHAO Yu-shuang, SUN Run-cang, et al. Facile and High-Yield Synthesis of Carbon Quan-tum Dots from Biomass-Derived Carbons at Mild Condi-tion[J]. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2019, 7(8): 7833-7843.

[69] QIANG Rui-bin, HU Li-fang, HOU Kai-ming, et al. Water-Soluble Graphene Quantum Dots as High-Perfor-mance Water-Based Lubricant Additive for Steel/Steel Contact[J]. Tribology Letters, 2019, 67(2): 1-9.

[70] MOU Zi-hao, YANG Qing-bin, ZHAO Bin, et al. Sca-lable and Sustainable Synthesis of Carbon Dots from Bio-mass as Efficient Friction Modifiers for Polyethylene Glycol Synthetic Oil[J]. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2021, 9(44): 14997-15007.

[71] CHEN C S, CHEN X H, XU L S, et al. Modification of Multi-Walled Carbon Nanotubes with Fatty Acid and Their Tribological Properties as Lubricant Additive[J]. Carbon, 2005, 43(8): 1660-1666.

[72] XU Xiao-kai, LI Ya-dong, HU Guang-qi, et al. Surface Functional Carbon Dots: Chemical Engineering Applica-tions beyond Optical Properties[J]. Journal of Materials Chemistry C, 2020, 8(46): 16282-16294.

[73] LU Jiong, YANG Jia-xiang, WANG Jun-zhong, et al. One-Pot Synthesis of Fluorescent Carbon Nanoribbons, Nanoparticles, and Graphene by the Exfoliation of Grap-hite in Ionic Liquids[J]. ACS Nano, 2009, 3(8): 2367- 2375.

[74] SHUANG E, MAO Quan-xing, WANG Jian-hua, et al. Carbon Dots with Tunable Dual Emissions: From the Mechanism to the Specific Imaging of Endoplasmic Reti-culum Polarity[J]. Nanoscale, 2020, 12(12): 6852-6860.

[75] 戴建偉, 何利民, 申造宇, 等. 化學(xué)氣相滲透法制備碳化硅界面涂層的沉積動力學(xué)研究[J]. 裝備環(huán)境工程, 2021, 18(6): 22-29. DAI Jian-wei, HE Li-min, SHEN Zao-yu, et al. Depo-sition Kinetics of SiC Interfacial Coatings Prepared by Chemical Vapor Infiltration[J]. Equipment Environmental Engineering, 2021, 18(6): 22-29.

[76] YE Meng-ting, CAI Tao, ZHAO Li-na, et al. Covalently Attached Strategy to Modulate Surface of Carbon Quan-tum Dots: Towards Effectively Multifunctional Lubricant Additives in Polar and Apolar Base Fluids[J]. Tribology International, 2019, 136: 349-359.

[77] SHANG Wang-ji, YE Meng-ting, CAI Tao, et al. Tuning of the Hydrophilicity and Hydrophobicity of Nitrogen Doped Carbon Dots: A Facile Approach towards High Efficient Lubricant Nanoadditives[J]. Journal of Mole-cular Liquids, 2018, 266: 65-74.

[78] SHUANG E, MAO Quan-xing, YUAN Xiao-li, et al. Tar-geted Imaging of the Lysosome and Endoplasmic Reti-culum and Their pH Monitoring with Surface Regulated Carbon Dots[J]. Nanoscale, 2018, 10(26): 12788-12796.

[79] AMIRIL S A S, RAHIM E A, SYAHRULLAIL S. A Review on Ionic Liquids as Sustainable Lubricants in Manufac-turing and Engineering: Recent Research, Performance, and Applications[J]. Journal of Cleaner Production, 2017, 168: 1571-1589.

[80] DONATO M T, COLA?O R, BRANCO L C, et al. A Review on Alternative Lubricants: Ionic Liquids as Addi-tives and Deep Eutectic Solvents[J]. Journal of Molecular Liquids, 2021, 333: 116004.

[81] SONG Jun. Research Progress of Ionic Liquids as Lubri-cants[J]. ACS Omega, 2021, 6(44): 29345-29349.

[82] WU Jian, MU Li-wen, FENG Xin, et al. Poly(alkylimi-dazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)Imide)-Based Poly-merized Ionic Liquids: A Potential High-Performance Lu-bricating Grease[J]. Advanced Materials Interfaces, 2019, 6(5): 1801796.

[83] ZHOU Yan, QU Jun. Ionic Liquids as Lubricant Addi-tives: A Review[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9(4): 3209-3222.

[84] WANG Bao-gang, TANG Wei-wei, LU Hong-sheng, et al. Ionic Liquid Capped Carbon Dots as a High-Performance Friction-Reducing and Antiwear Additive for Poly(ethylene glycol)[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2016, 4(19): 7257-7265.

[85] TANG Wei-wei, WANG Bao-gang, LI Jun-ting, et al. Fa-cile Pyrolysis Synthesis of Ionic Liquid Capped Carbon Dots and Subsequent Application as the Water-Based Lu-bricant Additives[J]. Journal of Materials Science, 2019, 54(2): 1171-1183.

[86] LIU Xiang, HUANG Zhi-yu, TANG Wei-wei, et al. Re-markable Lubricating Effect of Ionic Liquid Modified Carbon Dots as a Kind of Water-Based Lubricant Addi-tives[J]. NANO, 2017, 12: 1750108.

[87] TANG Wei-wei, HUANG Zhi-yu, WANG Bao-gang. Sy-nthesis of Ionic Liquid Functionalized Graphene Oxides and Their Tribological Property under Water Lubrica-tion[J]. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostruc-tures, 2018, 26(3): 175-183.

[88] WANG Bao-gang, ZHANG Li-long, WANG Na, et al. Tribological Properties of a Series of Carbon Dots Modi-fied by Ionic Liquids with Various Anion Species: Experi-mental Findings and Density Functional Theory Calcula-tions[J]. Dalton Transactions, 2021, 50(26): 9185-9197.

[89] CHIMENO-TRINCHET C, PACHECO M E, FERNáNDEZ- GONZáLEZ A, et al. New Metal-Free Nanolubricants Based on Carbon-Dots with Outstanding Antiwear Perfor-mance[J]. Journal of Industrial and Engineering Chemi-stry, 2020, 87: 152-161.

[90] MA Wei, GONG Zhen-bin, GAO Kai-xiong, et al. Super-lubricity Achieved by Carbon Quantum Dots in Ionic Liquid[J]. Materials Letters, 2017, 195: 220-223.

[91] MOU Zi-hao, WANG Bao-gang, LU Hong-sheng, et al. Synthesis of Poly(ionic liquid)s Brush-Grafted Carbon Dots for High-Performance Lubricant Additives of Polye-thylene Glycol[J]. Carbon, 2019, 154: 301-312.

[92] SHANG Wang-ji, CAI Tao, ZHANG Yun-xiao, et al. Co-valent Grafting of Chelated Othoborate Ionic Liquid on Carbon Quantum Dot towards High Performance Addi-tives: Synthesis, Characterization and Tribological Eva-luation[J]. Tribology International, 2018, 121: 302-309.

[93] RUIZ V, YATE L, LANGER J, et al. PEGylated Carbon Black as Lubricant Nanoadditive with Enhanced Dispe-rsion Stability and Tribological Performance[J]. Tribology International, 2019, 137: 228-235.

[94] CAI Tao, LIU Dan, LIU Sheng-gao. Fluid-Like Carbon Dots-Based Ionic Fluid towards High Efficient Lubricant Nanoadditive of Polyethylene Glycol[J]. Diamond and Related Materials, 2021, 114: 108317.

[95] WANG Bao-gang, ZHANG Li-long, TANG Wei-wei, et al. Tertiary Amine-Terminated Carbon Dots with Reversible CO2Switchable Amphiphilicity as the Versatile Lubricant Additives[J]. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2021, 9(49): 16829-16839.

[96] GUO Jun-de, MEI Tang-jie, LI Yue, et al. One-Pot Synt-hesis and Lubricity of Fluorescent Carbon Dots Applied on PCL-PEG-PCL Hydrogel[J]. Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition, 2018, 29(13): 1549-1565.

[97] HE Chuang, YAN Hong-hao, LI Xiao-jie, et al.Fabrication of Carbon Dots-Based Lubricants Using a Facile Ultrasonic Approach[J]. Green Chemistry, 2019, 21(9): 2279-2285.

[98] LIU Xiang, CHEN Yong-gang. Synthesis of Polyethylene Glycol Modified Carbon Dots as a Kind of Excellent Water-Based Lubricant Additives[J]. Fullerenes, Nanotu-bes and Carbon Nanostructures, 2019, 27(5): 400-409.

[99] LU Hai-lin, LV Lei-feng, MA Jun, et al. Carbon Dots Intensified Poly(ethylene glycol)/Chitosan/Sodium Glyce-rophosphate Hydrogel as Artificial Synovium Tissue with Slow-Release Lubricant[J]. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2018, 88: 261-269.

[100] LU Hai-lin, REN Shan-shan, ZHANG Peng-peng, et al. Laser-Textured Surface Storing a Carbon Dots/Poly(eth-ylene glycol)/Chitosan Gel with Slow-Release Lubrica-tion Effect[J]. RSC Advances, 2017, 7(35): 21600-21606.

[101] LU Hong-sheng, TANG Wei-wei, LIU Xiang, et al. Oley-lamine-Modified Carbon Nanoparticles as a Kind of Effi-cient Lubricating Additive of Polyalphaolefin[J]. Journal of Materials Science, 2017, 52(8): 4483-4492.

[102] MOU Zi-hao, WANG Bao-gang, LU Hong-sheng, et al. Branched Polyelectrolyte Grafted Carbon Dots as the High-Performance Friction-Reducing and Antiwear Addi-tives of Polyethylene Glycol[J]. Carbon, 2019, 149: 594- 603.

[103] MENG Yuan, SU Feng-hua, CHEN Yang-zhi. Effective Lubricant Additive of Nano-Ag/MWCNTS Nanocompo-site Produced by Supercritical CO2Synthesis[J]. Tribo-logy International, 2018, 118: 180-188.

[104] MIN C, HE Zeng-bao, SONG Hao-jie, et al. Fluorinated Graphene Oxide Nanosheet: A Highly Efficient Water- Based Lubricated Additive[J]. Tribology International, 2019, 140: 105867.

[105] YE Qian, LIU Sha, XU Fei, et al. Nitrogen-Phosphorus Codoped Carbon Nanospheres as Lubricant Additives for Antiwear and Friction Reduction[J]. ACS Applied Nano Materials, 2020, 3(6): 5362-5371.

[106] NAIK V M, BHOSALE S V, KOLEKAR G B. A Brief Review on the Synthesis, Characterisation and Analytical Applications of Nitrogen Doped Carbon Dots[J]. Analy-tical Methods, 2022, 14(9): 877-891.

[107] YE Meng-ting, CAI Tao, SHANG Wang-ji, et al. Friction- Induced Transfer of Carbon Quantum Dots on the Inter-face: Microscopic and Spectroscopic Studies on the Role of Inorganic-Organic Hybrid Nanoparticles as Multifun-ctional Additive for Enhanced Lubrication[J]. Tribology International, 2018, 127: 557-567.

[108] HE Chuang, YAN Hong-hao, LI Xiao-jie, et al. One-Pot Millisecond Preparation of Quench-Resistant Solid-State Fluorescence Carbon Dots Toward an Efficient Lubrica-tion Additive[J]. Diamond and Related Materials, 2019, 91: 255-260.

[109] WANG Ying, SHAO Yu-yan, MATSON D W, et al. Nitro-gen-Doped Graphene and Its Application in Electroche-mical Biosensing[J]. ACS Nano, 2010, 4(4): 1790-1798.

[110] ZHANG Yun-xiao, CAI Tao, SHANG Wang-ji, et al. Facile Synthesis of Photoluminescent Inorganic-Organic Hybrid Carbon Dots Codoped with B and N: Towards an Efficient Lubrication Additive[J]. Dalton Transactions, 2017, 46(36): 12306-12312.

[111] ZHAO Li-na, CAI Tao, YE Meng-ting, et al. The Regu-lation of the Microstructure, Luminescence and Lubricity of Multi-Element Doped Carbon Nanodots with Alkylated Diquaternary 1, 4-Diazabicyclo[2.2.2]Octane Derived Di-cationic Ionic Liquids Inserted in Carbon Skeleton[J]. Carbon, 2019, 150: 319-333.

[112] XIAO Hua-ping, LIU Shu-hai, XU Quan, et al. Carbon Quantum Dots: An Innovative Additive for Water Lubri-cation[J]. Science China Technological Sciences, 2019, 62(4): 587-596.

[113] CAI Tao, ZHANG Yun-xiao, LIU Dan, et al. Nanostruc-tured Molybdenum/Heteroatom-Doped Carbon Dots Na-nohybrids for Lubrication by Direct Carbonization Route[J]. Materials Letters, 2019, 250: 20-24.

[114] TOMALA, KUMAR, PORAT, et al. Tribological Anti- Wear and Extreme-Pressure Performance of Multifunc-tional Metal and Nonmetal Doped C-Based Nanodots[J]. Lubricants, 2019, 7(4): 36.

[115] TU Zhi-qiang, HU En-zhu, WANG Bang-bang, et al. Tribological Behaviors of Ni-Modified Citric Acid Car-bon Quantum Dot Particles as a Green Additive in Pol-yethylene Glycol[J]. Friction, 2020, 8(1): 182-197.

[116] TANG Wei-wei, ZHU Xue-jun, LI Yu-feng. Tribological Performance of Various Metal-Doped Carbon Dots as Water-Based Lubricant Additives and Their Potential App-lication as Additives of Poly(ethylene glycol)[J]. Fri-ction, 2022, 10(5): 688-705.

[117] HUANG Hui, HU Hai-liang, QIAO Shi, et al. Carbon Quantum Dot/CuSNanocomposites towards Highly Effi-cient Lubrication and Metal Wear Repair[J]. Nanoscale, 2015, 7(26): 11321-11327.

[118] ZHANG Wen-ling, CAO Yan-lin, TIAN Peng-yi, et al. Soluble, Exfoliated Two-Dimensional Nanosheets as Ex-cellent Aqueous Lubricants[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2016, 8(47): 32440-32449.

[119] SHANG Wang-ji, CAI Tao, ZHANG Yun-xiao, et al. Facile one Pot Pyrolysis Synthesis of Carbon Quantum Dots and Graphene Oxide Nanomaterials: All Carbon Hybrids as Eco-Environmental Lubricants for Low Fric-tion and Remarkable Wear-Resistance[J]. Tribology Inter-national, 2018, 118: 373-380.

[120] SARNO M, ABDALGLIL MUSTAFA W A, SENATORE A, et al. One-Step “Green” Synthesis of Dispersable Car-bon Quantum Dots/Poly(methyl methacrylate) Nanocom-posites for Tribological Applications[J]. Tribology Inter-national, 2020, 148: 106311.

[121] YIN Xuan, ZHANG Jie, LUO Ting, et al. Tribochemical Mechanism of Superlubricity in Graphene Quantum Dots Modified DLC Films under High Contact Pressure[J]. Carbon, 2021, 173: 329-338.

[122] DONG Rui, BAO Lu-yao, YU Qiang-liang, et al. Effect of Electric Potential and Chain Length on Tribological Performances of Ionic Liquids as Additives for Aqueous Systems and Molecular Dynamics Simulations[J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12(35): 39910- 39919.

[123] YU Qiang-liang, ZHANG Chao-yang, WANG Jiang-bing, et al. Tribological Performance and Lubrication Mecha-nism of New Gemini Quaternary Phosphonium Ionic Li-quid Lubricants[J]. Journal of Molecular Liquids, 2021, 322: 114522.

[124] KHAN A, GUSAIN R, SAHAI M, et al. Fatty Acids- Derived Protic Ionic Liquids as Lubricant Additive to Synthetic Lube Base Oil for Enhancement of Tribological Properties[J]. Journal of Molecular Liquids, 2019, 293: 111444.

[125] KA?U?NY J, KULCZYCKI A, DZI?GIELEWSKI W, et al. The Indirect Tribological Role of Carbon Nanotubes Stimulating Zinc Dithiophosphate Anti-Wear Film Forma-tion[J]. Nanomaterials, 2020, 10(7): 1330.

[126] DAI Wei, KHEIREDDIN B, GAO Hong, et al. Roles of Nanoparticles in Oil Lubrication[J]. Tribology Interna-tional, 2016, 102: 88-98.

[127] ZHANG Ren-hui, XIONG Li-ping, PU Ji-bin, et al. Interface-Sliding-Induced Graphene Quantum Dots Trans-ferring to Fullerene-Like Quantum Dots and Their Ext-raordinary Tribological Behavior[J]. Advanced Materials Interfaces, 2019, 6(24): 1901386.

Research Progress of Carbon Quantum Dot in Tribology

,*,,

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Henan Polytechnic University, Henan Jiaozuo 454003, China)

In modern industry, the friction and wear of mechanical equipment have caused a large amount of material and energy consumption. Therefore, the research on lubricating additives is very important for the preparation of high-efficiency lubricants. In recent years, CQD, as a new lubricating oil additive, has been pioneered in improving the tribological properties of lubricating oil. Carbon quantum dots (CQDs) are a new type of zero-dimensional nanomaterials with unique physical and chemical properties and good tribological properties, which can improve the lubricity of base oil and prolong the service life of mechanical equipment. CQDs have shown excellent antifriction and anti-wear properties, have been widely concerned in nano lubricating oil additives, and gradually become a green antifriction and anti-wear material with development prospects in the field of lubrication.

In this work, the top-down and the bottom-up methods for preparing CQDs in recent years are summarized. The top-down method has the advantages of simple operation, high yield, and easy functionalization, but it also has the disadvantage that the size and morphology are difficult to control. The advantage of the bottom-up method is that it can accurately control the size and functionalization groups of CQDs. Then, the friction adjustment strategy of CQDs as lubricant additives is introduced in detail. The functional design of CQDs can be used to prepare more valuable nanomaterials in the field of lubrication. At present, there are mainly three adjustment methods, namely surface functionalization of CQDs, heteroatom doping, and preparation of nano-composites. By combing the practical examples of CQDs-based nanomaterials used as antifriction and anti-wear additives in the tribology field, it is found that compared with other nanomaterials, CQDs have the advantages of ultrasmall size, adjustable surface functional groups, good dispersion, good adsorption stability, low toxicity, environmental friendliness, easy synthesis, and low cost. These unique properties have created excellent antifriction and anti-wear properties, which shows that CQDs-based nanomaterials have great application potential in tribology. In addition, the mechanism of CQDs as lubricating additives to improve tribological properties is expounded. The excellent lubricating properties of CQDs benefit from many mechanisms, which can be summarized into four types: rolling effect, friction film formation, polishing effect, and self-healing performance. Generally speaking, the friction process is not a mechanism, but a synergistic effect of multiple mechanisms. Finally, some problems of CQDs in the field of tribology are summarized, and the development trend of CQDs in the field of tribology in the future is prospected. Although CQDs have made great progress in the field of lubrication, they are not mature enough compared to those of medicine, optoelectronic devices, catalysis, biosensors, drug delivery, and other applications. Therefore, the preparation of green and high-performance nano-CQDs additives still requires a lot of efforts and exploration. Further optimizing the preparation method of CQDs and better understanding its lubrication mechanism will greatly promote the development of CQDs in the field of lubrication science. The successful application of CQDs in lubrication field provides a reference and possibility for the next generation of carbon nanomaterials with better antifriction and anti-wear properties, and promotes the great development of carbon nanomaterials and nanotechnology in the field of energy conservation and environmental protection.

carbon quantum dots; preparation; lubricant additive; tribology; application; mechanism

2022-09-20；

2023-02-20

th117

A

1001-3660(2023)10-0001-19

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2023.10.001

2022-09-20；

2023-02-20

國家自然科學(xué)基金（52074109）

National Natural Science Foundation of China (52074109)

趙聰慧, 張傳祥, 張曉琪, 等. 碳量子點的摩擦學(xué)研究進展[J]. 表面技術(shù), 2023, 52(10): 1-19.

ZHAO Cong-hui, ZHANG Chuan-xiang, ZHANG Xiao-qi, et al. Research Progress of Carbon Quantum Dot in Tribology[J]. Surface Technology, 2023, 52(10): 1-19.

通信作者（Corresponding author）

責任編輯：萬長清