近日，中国科学院兰州化学物理研究所兰州润滑材料与技术创新中心磨损与表面工程课题组，在智能润滑材料领域取得了一项创新性突破。研究团队成功设计出一种Cu/C复合薄膜智能润滑新材料，相关成果已正式发表于国际顶级期刊《自然·通讯》。 实验数据清晰显示：这种新型材料确实展现出类似生命体的“感知响应—决策调控—修复”智能润滑行为。团队与武汉大学欧阳稳根教授课题组紧密合作，通过理论模拟与实验验证，揭示了背后的核心机制——摩擦热驱动Cu纳米团簇发生固液转化，随后在毛细管力牵引下逐级迁移，最终在界面处催化形成有序碳结构，实现润滑。整个过程形成了一个智能循环反馈机制。 该系统的独特之处在于其高度智能化：一方面，它无需任何外部激发源，仅依靠摩擦本身产生的热量作为“燃料”；另一方面，它能够根据摩擦状态的动态变化提前做出决策，实现按需补充润滑。更关键的是，这套材料体系为纯固态，这意味着它在力学性能和热稳定性上具备天然优势，为智能润滑设计开辟了全新的路径。 研究团队在摩擦过程中同步监测了摩擦系数、接触电阻与金属释放量的变化。整个过程可划分为三个阶段：初始摩擦阶段，摩擦系数较高（0.2以上），伴随大量金属迁移（通过电阻信号波动与金属原子释放均可观察到）；随后摩擦系数迅速降至较低水平（约0.05），系统进入自调节润滑阶段，根据摩擦状态的细微变化微量补充金属；最后进入稳定阶段，摩擦系数极其平稳，金属几乎不再补充。值得注意的是，当更换一个新的对偶球时，润滑状态立即被打破，金属迁移快速发生，迅速完成润滑修复，然后重复上述循环——正如生命体所具备的“感知—决策—修复”能力。 实验结合理论模拟的结果表明，Cu纳米团簇由于尺寸小、熔点低，摩擦产生的热量足以驱动其发生固液相变。随后，在Laplace梯度压力驱动下，这些液化团簇沿薄膜内部的晶界孔道向表面迁移。关键在于，摩擦热随深度呈现梯度分布，而Cu纳米团簇的熔点与尺寸正相关——尺寸越大熔点越高。因此，Cu原子从薄膜内部向表面迁移过程中，会不断经历“固—液—固”相变，自发形成尺寸梯度分布，并沿狭窄的纳米孔道逐级向上移动。这种逐级迁移机制正是实现智能决策调控的核心：按需润滑补充，可快可慢。 与此同时，体相内的大部分金属团簇在多数时间以固态形式存在，有效维持了薄膜本身的优异力学性能。原位加温透射电镜观测显示，Cu纳米团簇周围能催化形成有序的碳球状结构，从而实现润滑。密度泛函理论计算进一步揭示了催化机制：Cu与邻近的C原子之间会形成不稳定的反键，使碳网络结构松散、键合强度下降，在摩擦引起的热振动中更容易发生C—C键断裂，进而形成热力学上更稳定的sp²碳结构。简言之，Cu/C薄膜正是通过这套智能循环反馈机制在运作。 起初，高摩擦产生大量热，驱使薄膜内部的Cu纳米团簇液化并向表面迁移，在摩擦界面催化形成有序碳润滑结构；达到润滑效果后，摩擦热对金属迁移的驱动自然终止。 当润滑状态出现下滑趋势时，摩擦热的副产物会再次驱动金属迁移，循环调控。基于这一机制，微米量级的Cu/C薄膜在真空环境中实现了超低摩擦系数（约0.04）与超长耐磨损寿命（超过40千米），一举突破了碳膜材料长期在真空环境下润滑寿命短的难题。 智能材料作为材料科学革命性的前沿方向，其核心在于赋予材料感知、响应及自调节的“生命特征”，是高端装备发展的变革性基石。智能润滑材料通过实时感知摩擦学状态的变化（如载荷、温度），主动释放润滑剂或改变表面结构，在极端工况下实现按需润滑与损伤自修复——这是从被动维护向主动防控的一次重大跨越。对于突破高端装备的可靠性瓶颈、降低能耗与碳排放、保障国家重大工程及绿色发展战略，其意义不可谓不深远。