碳量子點的摩擦學研究進展

趙聰慧，張傳祥，張曉琪，凡玉方

研究綜述

碳量子點的摩擦學研究進展

趙聰慧，張傳祥*，張曉琪，凡玉方

（河南理工大學 化學化工學院，河南 焦作 454003）

機械設備的摩擦和磨損，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和良好的摩擦學性能，能夠提高基礎油的潤滑性，延長機械設備的使用壽命，逐漸成為潤滑領域中綠色、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領域的應用實例，發現與其他納米材料相比，CQDs具有超小的尺寸、表面官能團可調、分散性好、吸附穩定性好、毒性低、環境友好、易合成、成本低等優點，這些獨特的性質造就了其優異的減摩抗磨性，證明了CQDs基納米材料在摩擦學中擁有巨大的應用潛力。之后對CQDs作為潤滑油添加劑的滾動軸承效應、形成潤滑保護膜、填充修復效應和拋光效應4種潤滑機制進行了總結和分析。最后概述了目前CQDs在摩擦學領域一些亟待解決的關鍵性問題，并展望了CQDs在未來摩擦學領域應用的發展趨勢。CQDs在潤滑領域的成功應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在節能和環保方面的重大發展。

碳量子點；制備；潤滑添加劑；摩擦學；應用；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，是人們實現正常生產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備的摩擦磨損又會帶來巨大的能源損耗。因此，開發潤滑技術控制和減少摩擦磨損是非常有必要的。經廣泛研究，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、沉積膜或摩擦化學反應膜，對于降低摩擦磨損具有不可替代的作用[6-9]。潤滑技術能夠減少有害氣體的排放、提高燃油利用率和機械設備的使用壽命。合理有效地使用潤滑劑順應我國綠色發展潮流，對于節約能源、實現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]，但是對環境產生極大的危害，不符合當今社會可持續發展戰略和節能減排政策。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、熱穩定性好和自潤滑性優良等優點，因此常常作為傳統潤滑添加劑的替代品，廣泛應用于潤滑領域[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，導致它們在摩擦表面的納米級凸點之間嵌入穩定性不理想。除富勒烯外，其他碳基納米材料的尺寸分布極不均勻。此外，大多數碳基納米材料的表面具有很強的化學惰性，通過化學改性提高其在潤滑油基礎油中的分散穩定性非常困難。因此，它們在摩擦過程中容易結塊，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油的摩擦學性能。這些缺點在一定程度上大大削弱了傳統碳基納米材料的摩擦學性能，顯著限制了其實際應用。碳量子點（CQDs）是繼富勒烯、碳納米管和石墨烯之后發現的一種新型碳納米材料，具有超小的尺寸、表面官能團可調、分散性好、吸附穩定性好、毒性低、環境友好、易合成、成本低等優點，高度符合摩擦學領域對高性能納米潤滑添加劑的要求，能夠顯著改善潤滑油的摩擦學性能從而節約能源和延長機械使用壽命，是潤滑科學中綠色、有前途的減摩抗磨材料，是一種很有發展潛能的潤滑添加劑[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，能穩定發光的納米碳。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構，不僅具有生物相容性高和毒性低的特點，還具有上轉換熒光發射、優異的電子儲存和電子轉移性質、易于表面改性、表面官能團可設計、合成方法簡單且多樣等特性[32-36]。迄今為止，碳量子點已經被證明在眾多領域中表現出巨大的應用價值和潛力，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注，大量CQDs及其納米復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、雜原子摻雜及其復合材料制備），并將其作為潤滑添加劑在摩擦學的應用進行了總結；闡述了 CQDs作為潤滑添加劑提高摩擦學性能的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，并展望了其未來的發展狀況。

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、產量高、易于功能化等優點，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，所用碳源結構中一般含有石墨微晶，或者大量的sp2共軛微區；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，包括水熱/溶劑熱、熱解、微波處理和超聲波等方法，若反應條件過于溫和，一般不會得到具有明顯晶體結構的CQDs，碳核結構可能是無定型的碳[44]，也可能是由非共軛的聚合物交聯形成的納米顆粒[45]。由于制備工藝和原料具有多樣性，CQDs的形狀、尺寸、表面基團以及結晶度不同，因而其穩定性、電荷、極性和熒光性質存在很大差異[46-49]。

圖1 摩擦學領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，將石墨等塊狀材料破壞、消蝕，再經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，破壞其結構從而制備出粒徑分布在3～10 nm的CQDs。電弧或激光燒蝕法，雖然能合成結晶程度較高、熒光性能較好的CQDs，但存在產率低、純化過程復雜和難以大批量制備的缺點。

電化學氧化法是利用電化學裝置，通過電流的作用氧化碳質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，通過一步電化學方法制備出CQD/GO納米復合材料。電化學法可以通過調整電極電勢和電流密度來調節控制碳量子點的尺寸和結構，而且操作簡單、原料豐富、成本低廉，得到的碳量子點產量高、結晶度高、易提純，應用前景很好。

化學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的尺寸形貌進行調控。

超聲法是利用超聲“空化”作用產生的壓力差和剪切力，將碳源中的部分化學鍵打斷，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，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的綠色發光碳量子點。微波法操作簡單、制備速度快、成本低、環保，對設備的要求低，熒光量子產率較高，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，不需要昂貴的設備，反應在密閉的反應釜中進行，避免了有毒物質的揮發。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也可以作為碳源。

熱解法是在高溫環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率比較高且結晶性好。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域中的應用

研究表明，添加少量的CQDs便能顯著提高潤滑油的摩擦學性能，使潤滑油能夠滿足高負荷、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，使分散于基礎油中的納米顆粒極易吸附于摩擦副表面，起到修復磨損表面的作用[60]。這一特性對于提高機械運行品質、延長機械設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、化學穩定等特點，是高效、環保型碳納米潤滑添加劑的典型代表。

近幾年，研究學者對碳量子點的摩擦學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的摩擦學性能進行了探索，其中小尺寸、多層、大基團的CQDs-3表現最優，其平均摩擦因數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出最佳的摩擦學性能。他們認為，優異的減摩抗磨性能是拋光效應和修復效應共同作用的結果，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，起到拋光作用，可以實現比基礎油更低的摩擦因數。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，具有較好的修復效果，從而可以實現更好的抗摩擦和磨損的潤滑性能。Qiang等[69]發現CQDs能夠顯著降低水的摩擦因數，當CQDs的質量濃度為4 mg/mL時，相應的CQDs-4樣品表現出優異的摩擦學性能，與水相比，其平均摩擦因數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中表現出優良的分散性、持久的穩定性和吸引人的熒光發射行為。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。當加入質量分數為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產生的嵌入摩擦化學膜及其納米潤滑功能有關，即表面有機部分和碳核的協同作用。

2.1 CQDs的表面功能化制備及其潤滑性能的研究

CQDs本身的球狀納米結構特點決定了其具有潛在的摩擦學性能，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的相容性問題。表面改性通過控制納米粒子的表面結構，從而調節其摩擦學特性，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，無需后續復雜的修飾步驟，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，從而調節其極性和穩定性[75-78]，使其在潤滑方面擁有巨大的競爭優勢。

2.1.1 離子液體（ILs）改性CQDs

由于離子液體具有熱穩定性高和化學穩定性好、良好的摩擦學性能和可控的混溶性，引來越來越多學者的關注，廣泛應用于潤滑領域[79-83]。通過構建具有獨特核殼結構的納米粒子雜化物，以ILs為殼可以提高納米粒子的分散穩定性和摩擦學性能。ILs 改性的CQDs結合了ILs和CQDs兩者的優點，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，獲得了能夠穩定分散在PEG中的CDs-NTf2，使用摩擦試驗機對其摩擦性能進行分析，當加入質量分數為0.3%的CDs-NTf2時，其摩擦因數和磨痕直徑分別降低了70%和33%，表現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，是其優異摩擦學性能的原因。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出優異的摩擦學性能，在加入量為3.6%時獲得了約0.006的超低摩擦因數和0.7×10?14m3/(N·m)的超低磨損率。Wang的團隊[85]開發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），大大縮短了復雜而漫長的制備過程，在0.05%的最佳質量分數下，平均摩擦因數和磨損量分別減少了65%和60%，展現了優異的摩擦性能。為了使ILs修飾的CQDs可溶于有機介質，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，可以在有機介質中保持長期穩定性，為油基潤滑劑添加劑的開發提供了新的思路。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，并通過表面引發的原子轉移自由基聚合合成了 PILs接枝 CDs（圖4c）。經過摩擦性能測試，表明CDs-PILs-1在添加量為1.5%時摩擦因數和磨損量分別降低了61.9%和82.5%，表現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反應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，表現出優異的減摩抗磨性。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 質量分數為1.0%時的摩擦因數和磨損體積分別為0.029和1.2×10?3mm3，與純的PEG基礎液相比分別減少了73.15%和75.55%。他們認為，優異的摩擦性能除了嵌入碳核的摩擦化學膜的保護作用還歸因于CDs- PILs的碳核和PILs殼的協同潤滑作用。

圖3 銀杏葉生物質CQDs的合成及摩擦學應用[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，形成潤滑劑并產生優異的潤滑效果。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，檸檬酸和尿素經歷脫水和碳化形成了氮摻雜的CQDs，PEG不僅充當基礎液體，還充當鈍化劑以附著在N-CQDs的表面上。經修飾后的CQDs添加劑的平均摩擦因數達到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PEG200改性后，摩擦因數降低了83.5%、磨損體積減少高達90.9%，摩擦學性能遠優于未經修飾的CQDs。Lu等[101]以油胺為改性劑、檸檬酸為前驅體設計了一種簡單的一鍋熱解方法得到油胺（OA）改性的CDs，開發了能用于聚α-烯烴（PAO）基礎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，摩擦膜的協同效應是OA-CQDs基添加劑在邊界潤滑下優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在水中具有優異的分散穩定性，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，借助質子化和陰離子交換過程，聚電解質被接枝到PEI修飾的CDs的表面，聚電解質修飾的CDs作為聚乙二醇的添加劑表現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，雜原子摻雜會導致CQDs本征結構和電子產生畸變，從而便于調節其元素組成、電子性質和表面化學性質，摻雜不僅會影響CQDs的熒光性質，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，令人欣慰的是經雜原子摻雜的CQDs通常表現出良好的潤滑性能[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，是一種經常使用的典型的化學摻雜劑[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率和穩定性。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，表現出長期穩定性。在載荷為392 N的四球模式下研究了其摩擦學性能，與純的PEG相比，添加質量分數為1%的油液的平均摩擦因數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”與磨損表面反應形成保護膜，從而減少摩擦副間的接觸面積。這種新型環境友好的N-CQDs不僅有優異的摩擦學性能，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節，得到了能分別分散在PEG和PAO基礎液中的兩種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基礎油中也表現出優異的減摩抗磨性能，其摩擦因數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生滾動效應，顯著降低了摩擦因數。由于載荷分布的不均勻和接觸區的粗糙，納米CQDs可以不均勻地沉積在磨損表面，并具有修復作用。隨著時間的延長，CQDs和摩擦表面產生了強烈的摩擦化學反應，生成了含有Fe2O3、無機碳和氮元素的摩擦化學膜，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體，通過一鍋氣爆法直接合成了平均直徑為5.7 nm的固態N-CDs。研究了其作為PEG基礎油潤滑添加劑的摩擦學性能，在0.5%的最佳質量分數下，與基礎液相比其摩擦因數和磨斑直徑分別提高了60.7%和19.7%，表現出優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，使平均摩擦因數和磨損體積分別降低了89.34%和62.18%，他們認為優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，表現出出色的潤滑性能。說明了硼原子在提高基礎油的摩擦學性能方面發揮了重要作用。

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性能。摩擦試驗結果表明，Si3N4-steel和Si3N4-Si3N4觸點的平均摩擦因數最大降低分別為30%和14%。雖然硫原子摻雜可以提高基礎液的摩擦學性能，但是硫的存在對環境并不友好。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表現出更優異的減摩抗磨性能，為開發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添加劑的摩擦學性能；（b）不同濃度疏水性N-CDs作為PAO添加劑的摩擦學性能[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 基礎油的添加劑研究其摩擦性能，其摩擦因數和磨損體積分別降低了62.90%和80.21% ，顯示出良好的摩擦學行為。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的潤滑性能明顯優于不含鎳的CQDs。2020年，Tomala等[114]以鎵和PEG作為反應物通過超聲法制備了摻鎵CDs（Ga-CDs），Ga-CDs的抗摩能力明顯優于PAO基礎油，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、環境污染風險大等缺點。

2.3 CQDs基納米復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合納米材料是一種高效的潤滑添加劑，具有良好的協同潤滑效應，可以顯著提升機械設備的摩擦學性能[117-121]。2015年，Kang小組[117]首次揭示了CQDs基納米復合材料在潤滑方面的巨大潛力，他們通過石墨的電化學燒蝕制備出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 ℃）的燒杯中反應制備出CQDs/CuS復合材料，使用四球機在1 450 r/min的轉速下研究了其作為液體石蠟添加劑的摩擦學性能，當添加劑的質量分數為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復合材料兩者的協同作用，有效地提高了抗磨和減摩性能。CQDs基復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，實現了低至 0.02的摩擦因數，甚至在5 N負載下在球盤模型上實現了超潤滑性，顯著提高了水的潤滑性能。Cai的團隊[119]通過調整檸檬酸在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，產生了更多的 GO，因為一部分小的CQDs轉化為GO。摩擦學性能測試表明（如圖7所示），CQDs/GO復合物作為PEG中的添加劑，當添加量為1%時，與PEG基礎液相比，其平均摩擦因數和磨損量分別提高了71.4%和66.9%，表明球狀CQDs和GO的協同作用賦予潤滑劑優異的摩擦學性能。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得到由一層極薄的PMMA覆蓋的CQDs，把PMMA/CQDs基復合材料作為商業油VG220基礎油的添加劑，對其摩擦學性能進行研究，在0.3%最佳質量分數時，其平均摩擦因數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在非極性商業油中的長期穩定性，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高效CQDs基潤滑添加劑和理解CQDs優異的潤滑性能具有至關重要的作用。目前，關于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（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極壓抗磨添加劑有所不同，傳統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形成化學反應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、形成保護膜、填充修復效應和拋光效應，見圖8。

3.1 滾動軸承效應

據研究所知，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，近球形或球形結構的CQDs不發生化學或機械反應，仍保持原有的球形形狀時，可以進入摩擦表面的接觸區域，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，使純滑動摩擦轉變成滑動和滾動相混合的摩擦，能夠有效地減小摩擦因數和降低磨損[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生不可逆變形，從而失去其“納米滾動軸承”效應[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）和摩擦化學反應膜。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，從而降低摩擦因數和減少磨損。由于在摩擦過程中接觸點發射的低能電子，金屬摩擦副的表面將帶正電。據文獻知許多摩擦學中常用的CQDs被各種離子液體及其衍生物共價修飾，導致這些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。摩擦化學膜也稱為摩擦化學反應膜，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雜的機械化學相互作用形成，摩擦化學膜在減少潤滑系統的摩擦和磨損方面發揮著不可或缺的作用[124-125]。摩擦化學膜主要是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生化學反應產生的。形成的摩擦化學膜具有良好的韌性和延展性、突出的抗剪切能力和優異的極壓性能，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。這是摩擦化學膜具有優異的抗磨減摩性能的主要原因。研究發現，摻雜元素對摩擦表面具有比傳統C和O更高的反應活性和親和力，這有助于形成有效的摩擦化學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膜的轉化。因此，雜原子摻雜的CQDs通常比傳統CQDs具有更好的成膜能力，這為開發高效CQDs基潤滑油添加劑提供了新的思路。

3.3 填充修復效應

填充修復效應也被稱為自修復效應。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，補償質量損失，從而可以原位動態修復摩擦表面的微損傷，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下，摩擦表面在摩擦的過程中會產生很多熱量，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作用，這顯示了CQDs的修復效應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，起到填充修復作用。進一步證明了CQDs作為潤滑油添加劑，其修補效應能夠降低材料損耗和能源消耗，有效延長機械設備的使用壽命，提高能源效率。

3.4 拋光效應

拋光效應，也稱為平滑效應，已被證明是減少接觸區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。拋光效果的本質是通過降低接觸區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，他們發現這種添加劑優異的減摩抗磨性能主要來源于拋光和修補的協同潤滑作用。

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的軸承球，降低了摩擦因數，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生反應形成摩擦化學膜，還可以通過低載荷下的滾動軸承效應有效降低摩擦表面的摩擦，并且CQDs的碳核在高載荷下表現出修復和拋光作用（圖9b）。Zhao等[111]制備的IL-CDs具有近球形微觀結構賦予了其“滾動效應”，有利于降低摩擦因數。此外，隨著摩擦的持續，會產生高壓、摩擦熱和機械能，沉積的物理吸附膜開始分解并發生摩擦化學反應，不僅在新生金屬表面形成保護性轉移膜，而且通過填充深劃痕表現出“自修復效應”，幾種機制共同成就了其優異的潤滑性能（圖9c）。

表1總結了各種常用的CQDs潤滑添加劑的基礎油、粒徑大小、添加劑濃度、摩擦試驗模式和條件、表面分析技術以及其優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，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系。所以，對于不同的研究，其平均摩擦因數和磨損沒有統一的可比性。

圖9 （a）CQDs-N的摩擦學機理圖[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 總結與展望

綜上所述，說明了碳量子點是一種具有巨大發展潛力的潤滑添加劑。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、復合材料的制備及其作為添加劑在摩擦學的應用和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領域的應用實例表明CQDs具有優異的潤滑性能。

盡管CQDs在摩擦學領域已經取得了明顯的成就，但是相比于光電器件、催化、生物傳感和藥物傳輸等應用還不夠成熟，其實際生產應用仍需要近一步的研究和探索。

CQDs在潤滑領域面臨的挑戰主要有：

1）CQDs的產率普遍較低，相應的生產技術仍處于實驗室階段，極大地限制了其在摩擦學中的實際應用。

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，對后續的研究與應用的參考意義不大。

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，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已經展示了其在潤滑領域應用中的巨大發展潛力，特別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在潤滑科學領域的發展。隨著不斷地探索,相信CQDs、功能化CQDs及其復合材料在潤滑領域能夠有很好的應用前景。

未來關于CQDs在潤滑領域的研究將主要匯聚在以下幾個方面：

1）對現有的制備技術進行改良或探索，摸索出能實現大規模制備尺寸均勻、形貌可控、低成本且產率高的制備方法，實現CQDs潤滑添加劑的實際應用，在可預見的未來，CQDs的大規模制備甚至商業化生產將是CQDs潤滑添加劑的一個重要研究方向。

2）采用分子動力學等模型，利用材料的特性對CQDs潤滑添加劑的分子結構進行理論設計，構建具有獨特空間結構的分子，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計中,通過構建修飾劑與CQDs材料的空間結構,可有效緩解其分散穩定性的問題。

3）開發多功能高效CQDs潤滑添加劑，CQDs與金屬化合物、碳材料等復合可以協同提升機械設備的摩擦學性能，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）對不同結構的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. 納米摩擦學研究進展[J]. 機械工程學報, 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, 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. 納米碳材料摩擦學應用的最新進展和未來展望[J]. 材料導報, 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作用規律與機制研究[J]. 中國科學: 技術科學, 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用進展[J]. 摩擦學學報, 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. 石墨烯基納米復合薄膜及其摩擦學研究進展[J]. 材料導報, 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. 碳點在潤滑領域中的應用[J]. 化學進展, 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]. 發光學報, 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. 聚合反應時間對聚酰亞胺基碳膜結構和性能的影響研究[J]. 裝備環境工程, 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. 化學氣相滲透法制備碳化硅界面涂層的沉積動力學研究[J]. 裝備環境工程, 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. 碳量子點的摩擦學研究進展[J]. 表面技術, 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