高承载长寿命聚合物水润滑材料研究获重要进展

抖音推荐 2025年08月15日 20:13 1 admin

8月14日，记者从中国科学院兰州化学物理研究所获悉，该所周峰研究员和麻拴红研究员团队，受自然界蚯蚓持续润滑机制启发，开发了一种聚合物凝胶超润滑材料。相关研究成果近日发表在《自然·通讯》上。

研究人员通过结合表面可控化学刻蚀、原位褶皱化、激光微加工以及平衡溶胀闭孔等策略，实现了仿生多级结构化超润滑聚合物凝胶材料的制备。该材料能够在高接触压力工况下展现出超低摩擦系数、稳定持久的超润滑寿命，且无表面磨损，是迄今为止聚合物凝胶基超润滑材料在宏观尺度所报道的最高承载能力。特别是在准湿态测试工况下，该材料能够在有限润滑剂供给下，实现可观的持续润滑。

仿生多级结构化超润滑聚合物凝胶材料设计与性能评价

研究表明，该材料坚固/持久的超润滑行为主要归因于滑动界面水合效应、静电排斥、润滑层/承载相的力学匹配以及摩擦过程中润滑剂的自泵送特征。研究人员通过自主搭建载荷摩擦机械驱动测试系统，直观展示了该材料机械坚固与持续可靠的超润滑行为，为研制水基超润滑运动部件和医疗设备提供了理论指导。

另悉，在解决聚合物凝胶材料超高承载和机械鲁棒性超润滑难点基础之上，研究人员又将关注点转移到解决材料在苛刻盐离子介质中的长效力学稳定性难题。相关研究成果发表在《物质》上。

尽管已报道的大多数聚合物凝胶材料能够实现优异的承载与减摩功能，但其在复杂离子介质中普遍存在溶胀和力学失效问题，摩擦学评价往往以去离子水为润滑介质，这明显与聚合物材料的实际应用工况不符（海水或生理介质），使得相关材料的开发仅仅停留在概念和模型水平。

抗溶胀超润滑聚合物凝胶涂层设计与钛合金表面制造

针对传统高分子凝胶材料盐析力学强化策略中的关键缺点，研究人员以聚乙烯醇（PVA）为原材料，通过退火结合静电交联晶域—原位盐析、表面水合与网络互穿—基底限域的摩擦裂纹钝化策略，制造出具有超强抗溶胀性和机械鲁棒性的聚合物超润滑凝胶材料。在使用微米级别粗糙度的不锈钢对偶摩擦过程中，聚合物凝胶材料仍然展现出了优异的减摩和抗磨性能。

其主要原因是表面水合润滑机制和网络互穿层的应力离域效应能够有效降低接触面剪切应力，基底交联的结晶区承载的同时也能够钝化裂纹，进一步抑制基底层摩擦裂纹扩展，从而确保材料超长的服役周期。动物植入试验表面该聚合物凝胶材料具有优异的生物安全性，可作为坚固的水润滑涂层成功制造在不同材质关节器械表面，实现高效的润滑减摩改性，为新一代自润滑器械的研制提供重要材料保障。