科研進展
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展
自潤滑多孔聚酰亞胺（PPI）因其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、機械強度和儲油能力在航空航天、高端裝備運動部件的潤滑中具備不可替代的優(yōu)勢，但是多孔結(jié)構(gòu)同時會削弱材料表面強度，導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，中國科學院蘭州化學物理研究所潤滑材料全國重點實驗室王道愛研究員團隊基于"自適應(yīng)限域潤滑"的策略（圖1），設(shè)計制備了MoS2-油凝膠復(fù)合的多孔聚酰亞胺（PPI-gel-TAM），具有高的儲油能力（18.2%）和油保持率（97.7%），實現(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)來實現(xiàn)優(yōu)異的摩擦學性能。自適應(yīng)潤滑對于運行條件變化較大的系統(tǒng)至關(guān)重要。在該策略中，潤滑劑會根據(jù)不斷變化的條件動態(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，限域潤滑在兩個不同的層級上起作用，形成雙重限域構(gòu)架，協(xié)同增強潤滑性能。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（例如毛細力和表面吸附）主導潤滑劑的流動和成膜行為，從而增強其穩(wěn)定性和潤滑效率。
鋼/PPI界面宏觀超潤滑機理可歸因于四種機制的耦合作用，多孔結(jié)構(gòu)的儲油/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膜的形成（圖2）。
圖1.PPI-gel-TAM的設(shè)計與制備
圖2.鋼/PPI-gel-TAM界面的潤滑機理
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院載人空間站基礎(chǔ)研究項目群、國家自然科學基金、甘肅省重大科技專項等項目的支持。
