2015年，美國阿貢國家實驗室(Argonne National Laboratory)的一個研究團隊創造了一種可應用于工程規模的超潤滑性（近零摩擦）材料。其主要由石墨烯和極小的金剛石組成。然而，該研究團隊近期用二硫化鉬取代了石墨烯，從而使得二硫化鉬引起一個反應，把金剛石變成洋蔥狀的碳。

        然而，通過二硫化鉬對金剛石中碳形態的改變又將會有一個怎么樣的結論呢？或有著一個怎樣的應用呢？研究團隊表示這種材料是一種自產生的、低摩擦的干潤滑劑。其最大的優點就在于這種材料比其他固體潤滑劑潤滑性能更持久。

圖片來源：Badri Narayanan和Subramanian Sankaranarayanan，美國阿貢國家實驗室

        原子模擬化學機制導致減少摩擦。a-d:在硫(S-)誘導的金剛石納米顆粒非晶化過程中，在不同的時間段內模擬得到的原子快照。e-h:在形成類似洋蔥的碳結構的過程中，在不同時間段內模擬得到的原子快照。

        超潤滑性（摩擦本質上消失的狀態）是一種非常理想的性能。在我們的生活中，許多汽車以及一些其他機械組件由于摩擦而磨損，隨之失去其應有的效率。為了解決這些問題，科學家們開發了一種新材料，其可以在干燥的環境中達到超潤滑性。同時其也存在著許多潛在的應用，例如風力渦輪機齒輪、計算機中的磁盤驅動器和旋轉密封等。值得一提的是，阿貢國家實驗室在超潤滑技術上擁有三項專利。而且他們目前正在申請最新突破的專利，并將很快獲得許可。

        2015年，來自美國阿貢國家實驗室的一個多學科團隊創造了一種由石墨烯、納米金剛石顆粒和類金剛石碳組成的材料，這種材料首次在宏觀尺度上顯示出超潤滑性。為了將材料的設計信息展示出來，研究人員將在阿貢摩擦學實驗室和納米材料中心(CNM)進行的實驗室實驗，并在阿貢領導力計算機構(ALCF)和國家能源研究科學計算中心(NERSC)進行了大規模分子動力學模擬。

        該研究團隊繼續進一步發展了這種潤滑劑技術。最近，他們用二硫化鉬取代了石墨烯，以探索使用其他二維材料的影響。

        除了對這種新材料進行詳細的實驗研究外，研究人員還在ALCF的Mira超級計算機上進行了模擬，以闡明這種材料在納米尺度上的行為。利用LAMMPS(大型原子/分子大規模并行模擬器)代碼，該團隊的大規模原子模擬揭示了機械應力誘導的摩擦化學反應的分子洞察力，從而得出這種反應導致了超潤滑。

        研究人員發現二硫化鉬在反應過程中會分解為鉬和硫，并與納米金剛石發生反應，將金剛石的碳結構轉化為洋蔥狀的碳結構，即洋蔥狀的碳結構是由幾層球狀可以用作干潤滑劑的石墨殼組的。

        具有洋蔥狀的碳結構的這種材料是一種自發生潤滑劑，且可以不斷重新調整自身，從而使其比傳統的干潤滑劑具有更長的使用壽命。而關于這項研究的研究成果發表在了《Nature Communications》。

        為了實現計算要求苛刻的分子動力學模擬，ALCF的工作人員與IBM，勞倫斯伯克利國家實驗室和桑迪亞國家實驗室合作，優化Mira和其他多核架構的LAMMPS性能。