较低的层间剪切力赋予石墨、氟化石墨、二硫化钼良好的润滑性能。但是，作为它们的结构单元，石墨烯、氟化石墨烯、二硫化钼纳米片在摩擦学方面仍存在大量研究空白。对石墨烯的初步研究表明其并不是简单化的纳米级石墨片，而是具有独特润滑和耐磨性质的新材料。因此，本论文以石墨烯、氟化石墨烯和二硫化钼纳米片为研究载体，利用超声剥离法和水热法合成了具有单一和异质二维纳米结构的一系列材料。基于润滑油添加剂和润滑涂层这两种应用形式，探讨了维度的减少对上述材料摩擦学性能的影响。主要内容和结果包括以下几个方面:　　1.利用乙二胺对氟化石墨进行了插层处理并同步实现了烷氨基化学修饰与脱氟还原。通过控制反应温度实现了样品中氟含量的调控。然后，利用氮甲基吡咯烷酮作为溶剂经超声剥离过程得到2-5分子层厚的氟化石墨烯。将不同氟含量样品直接超声分散到高粘度润滑油PAO-40中并对所配制样品从摩擦系数、耐磨寿命和磨损体积/磨损率三方面进行评价。与加入氟化石墨的对照样品相比，氟化石墨烯的加入对润滑油摩擦系数的影响不大，但其耐磨寿命大幅提升、磨损体积/磨损率减少。氟化石墨烯中氟含量越高，这种提升效果越显著。　　2.利用熔融态的NaOH-KOH混合碱与氟化石墨进行反应。通过控制反应物投料比，实现不同程度的氟脱除和羟基修饰。所得样品进一步在水-乙醇溶剂中进行超声剥离，得到羟基官能化的氟化石墨烯CFx(OH)y。羟基的修饰不仅促进氟化石墨的剥离，而且增强了产物在水系溶剂中的分散性，从而克服了氟化石墨烯加工处理困难的问题。以硅片为基底，利用硅烷偶联剂和聚多巴胺形成自组装粘结层。然后在其之上旋涂CFx(OH)y分散液，分别得到A-CFx(OH)y涂层和A-PDA-CFx(OH)y涂层。两种涂层的摩擦测试结果表明:相较于空白对照样，CFx(OH)y涂覆后的涂层具有大幅降低的摩擦系数和延长的耐磨寿命。而较高氟含量的CFx(OH)y表现出更佳的润滑性能，说明氟的引入是促进润滑性能提升的重要因素。两种粘结层的对比也证实聚多巴胺层作为粘结层较硅烷层具有更优的润滑性能，这被认为与聚多巴胺层的柔韧性有关。　　3.利用水热合成法在氟掺杂氧化锡(FTO)玻璃表面生长了厚度在600nm左右的二硫化钼涂层。它是由二硫化钼纳米片无序堆叠形成的自支撑、疏松多孔性涂层。通过表征证明该涂层具有良好的晶体规整性和高纯化学组成。作为对照，在相同基底上利用脉冲激光沉积技术制备了相同厚度的二硫化钼致密沉积涂层。在真空条件下，对上述两种涂层进行摩擦性能对比研究。结果发现纳米结构涂层可实现0.005左右的超低润滑，并且具有良好重现性;而致密沉积层在相同条件下的最低摩擦系数为0.02。为探索超低润滑背后原因，对摩擦副接触面进行扫描电镜观察并发现球形颗粒的存在。通过聚焦离子束减薄、透射电镜观察和能谱分析，证明球形颗粒是由二硫化钼纳米片经过团聚包覆形成的。往复剪切力被认为是形成这一结构的推动力。通过与致密沉积涂层的磨痕进行对比，发现其表面仅存在转移膜而无特殊结构生成。因此，纳米结构涂层在滑动过程中引入的滚动元素被认为是实现超低润滑的关键原因。　　4.利用上述所制得纳米结构二硫化钼涂层中存在的大量间隙作为低粘度润滑油PAO-4的存储空间，通过旋涂法得到PAO/MoS2固-液复合润滑涂层。由于毛细作用、所选润滑油的低黏度与二硫化钼的亲油性，润滑油完全浸入涂层内部。摩擦测试表明单一的二硫化钼固体涂层和PAO-4油膜润滑的摩擦系数分别为0.2和0.12，其耐磨寿命均小于1800圈，承载力上限仅为0.3N和0.5N。相比之下，PAO/MoS2固-液复合润滑涂层摩擦系数可低至0.06，是固体涂层相应值的1/4、液体油膜的1/2。耐磨寿命可达18000圈以上，是单一润滑形式的10倍以上。　　5.晶格常数为0.246nm的石墨烯与晶格常数为0.315nm的二硫化钼可以形成内在的非公度结构。本工作利用一步水热法同步实现了氧化石墨烯的还原、二硫化钼的合成以及表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的原位包覆修饰，得到了石墨烯-二硫化钼的异质结构纳米片。通过调控反应物的投料比得到不同形貌的产物，其中高二硫化钼负载的样品呈现翘起的二硫化钼微片结构。将所得产品作为添加剂加入到润滑油中后发现这一结构与PVP均促进产品分散稳定性的提高。以润滑油添加剂形式和真空润滑涂层形式进行测试，发现异质纳米片材料的润滑性能远优于单一的石墨烯或二硫化钼以及两者的混合物。