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纳米碳材料（石墨烯/碳纳米管）和纳米颗粒材料（软金属以及氧化物）都具有许多特殊性质,在机械润滑领域极具应用前景。这二者所合成的碳基纳米复合材料继承了它们各自的优异性能,通常还具有协同效果,在许多领域中表现出了重大应用价值,但目前其摩擦学应用研究却很少。该类复合材料的合成方法较多,但通常微观结构的规整性和均匀性较差,这极大限制了其宏观性能。本课题的目标是实现碳基纳米复合材料的可控制备、结构优化,研究其摩擦学性能以及摩擦界面的演变,建立相应润滑作用机理。研究内容和主要结论为:（1）采用超临界二氧化碳（ScCO2）辅助化学还原法在碳基材表面原位沉积金属或金属氧化物纳米颗粒,合成了多种碳基纳米复合材料,包括石墨烯基纳米铜、镍、银、金、CuO,以及碳纳米管负载纳米镍、银颗粒。采用X-射线衍射、拉曼光谱、热重分析、X-射线光电子能谱、扫描电镜以及透射电镜分析了复合材料的物相结构、微观形貌和化学成分。研究发现,ScCO2因其特殊的物化性能而显著改善了碳基纳米复合材料的结构,缩减纳米颗粒的尺寸并提高其在碳基材表面的分散性。例如对于石墨烯负载纳米银复合材料（Sc-Ag/GN）,传统化学沉积法合成的银纳米颗粒尺寸大且分布宽,不能在石墨烯纳米片层上均匀沉积,有明显团聚现象。引入ScCO2之后,石墨烯纳米层上负载的银纳米颗粒呈规则球状,粒径细小且均一,平均尺寸约2-10nm,高度均匀分散,而且银颗粒负载量也有所增大。（2）表面化学修饰改善了碳基纳米复合材料在润滑油中的分散性,使其长时间存放而不发生沉降现象。修饰后的复合材料作为润滑添加剂可显著改善基础油或成品油的减摩抗磨性和提高其承载能力。同时发现,润滑油摩擦性能的改性效果与碳基纳米复合材料的种类、结构及摩擦测试条件等密切相关,该类复合材料的石墨烯/碳纳米管与负载的纳米颗粒还存在协同减摩抗磨效果。例如,对氧化石墨烯负载纳米镍（Sc-Ni/GO）改性石蜡油,其摩擦系数随负荷或转速呈现“先降低后增大”的变化趋势,磨斑直径则呈线性增加;Sc-Ni/GO的最优添加浓度范围约0.06-0.08wt%,可使摩擦磨损分别降低约32%和42%。碳基纳米复合材料的协同效应源自其特殊复合结构,效应强弱由多尺度结构优化所决定,机械混合作用无法实现此效果。该类纳米复合材料还对润滑油流变性以及弹流润滑油膜有显著影响。例如还原氧化石墨烯负载纳米氧化铜复合材料（CuO/rGO）可使10w40机油的黏性提高近20%,而且通过黏度增加了弹流润滑油膜的厚度。（3）为探讨碳基纳米复合材料协同减摩抗磨机制,对其摩擦副界面进行了系统分析。分析表明,摩擦过程中碳基纳米复合材料先在摩擦表面沉积,形成厚而不连续的物理沉积膜,随着摩擦过程进行,沉积膜渐渐变薄且相对连续,一直到摩擦表面发生摩擦化学反应而形成连续且均匀的摩擦物理化学复合转移膜。转移膜减小了摩擦阻力,降低磨粒磨损或黏着磨损,将摩擦副的对磨转化为转移膜间的对磨,从而起到减摩和抗磨作用。同时,转移膜层降低了摩擦副的表面粗糙度,能在摩擦过程中导出摩擦热,从而改善了润滑油的润滑状态,使润滑状态从混合润滑（干摩擦+边界润滑）转变成良好的边界润滑,进一步起到减摩抗磨作用。