科研進(jìn)展
蘭州化物所鋼/多孔聚酰亞胺界面自適應(yīng)限域超潤滑研究獲新進(jìn)展
自潤滑多孔聚酰亞胺（PPI）因其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和儲(chǔ)油能力在航空航天、高端裝備運(yùn)動(dòng)部件的潤滑中具備不可替代的優(yōu)勢，但是多孔結(jié)構(gòu)同時(shí)會(huì)削弱材料表面強(qiáng)度，導(dǎo)致彈性坍塌和耐磨性下降。因此探索減少PPI表面磨損的策略對(duì)于延長其使用壽命和提高材料穩(wěn)定性至關(guān)重要。
近期，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所潤滑材料全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王道愛研究員團(tuán)隊(duì)基于"自適應(yīng)限域潤滑"的策略（圖1），設(shè)計(jì)制備了MoS2-油凝膠復(fù)合的多孔聚酰亞胺（PPI-gel-TAM），具有高的儲(chǔ)油能力（18.2%）和油保持率（97.7%），實(shí)現(xiàn)了鋼/PPI界面自適應(yīng)的宏觀超潤滑（摩擦系數(shù)：~0.007）和超低的磨損率（2.81×10-8·mm3·N-1·m-1），展現(xiàn)出出色的摩擦學(xué)性能，為未來發(fā)展高性能的工程極限潤滑材料提供了新的見解和思路。
自適應(yīng)限域潤滑策略利用自適應(yīng)潤滑劑釋放和限域潤滑的協(xié)同效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。自適應(yīng)潤滑對(duì)于運(yùn)行條件變化較大的系統(tǒng)至關(guān)重要。在該策略中，潤滑劑會(huì)根據(jù)不斷變化的條件動(dòng)態(tài)調(diào)整其釋放和成膜行為，確保持續(xù)的低摩擦和磨損。同時(shí)，限域潤滑在兩個(gè)不同的層級(jí)上起作用，形成雙重限域構(gòu)架，協(xié)同增強(qiáng)潤滑性能。在分子到納米尺度上，功能化MoS2納米片和基礎(chǔ)油都被限制在三維PAO 10凝膠網(wǎng)絡(luò)中，有效抑制了它們在摩擦過程中不受控制的遷移或聚集。在微觀尺度上，改性PAO 10凝膠被進(jìn)一步限制在PPI基體的多孔結(jié)構(gòu)中，其中界面相互作用（例如毛細(xì)力和表面吸附）主導(dǎo)潤滑劑的流動(dòng)和成膜行為，從而增強(qiáng)其穩(wěn)定性和潤滑效率。
鋼/PPI界面宏觀超潤滑機(jī)理可歸因于四種機(jī)制的耦合作用，多孔結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)油/釋放、潤滑劑的剪切變稀特性、功能化的二硫化鉬與油分子之間的相互作用以及摩擦保護(hù)膜的形成（圖2）。
圖1.PPI-gel-TAM的設(shè)計(jì)與制備
圖2.鋼/PPI-gel-TAM界面的潤滑機(jī)理
該研究工作以“Hierarchical MoS2-Oleogel in Porous Polyimides: A Self-Adaptive Confined Lubrication strategy for Ultralow Friction and Wear”為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials(2025,e17029)上。
以上工作得到了中國科學(xué)院載人空間站基礎(chǔ)研究項(xiàng)目群、國家自然科學(xué)基金、甘肅省重大科技專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。
