科研進(jìn)展
蘭州化物所聚合物復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)與先進(jìn)潤(rùn)滑研究獲新進(jìn)展
近年來，具有按需性能和模仿生命系統(tǒng)的仿生功能智能潤(rùn)滑材料和結(jié)構(gòu)引起人們廣泛關(guān)注。功能成分的觸發(fā)和反饋行為有望賦予智能材料可控的潤(rùn)滑能力。
中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所蘭州潤(rùn)滑材料與技術(shù)創(chuàng)新中心聚合物自潤(rùn)滑復(fù)合材料課題組多年來致力于石墨烯／聚合物自潤(rùn)滑復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與摩擦調(diào)控研究，通過石墨烯等功能填料的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)材料的導(dǎo)熱、自潤(rùn)滑等性能進(jìn)行調(diào)控，取得了系列進(jìn)展（Tribology International，2021，164： 107239；Tribology International，2022，167： 107364；Tribology International，2022，176： 107918），獲中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)3項(xiàng)（ZL 202210636844．X，ZL 202111079254.3，ZL 202110704480．X）。
研究人員通過靜電組裝六方氮化硼和氧化石墨烯納米片制備了具有多層特征的三維結(jié)構(gòu)。從宏觀到微觀的結(jié)構(gòu)調(diào)整策略通過降低界面熱阻有利于有效的聲子輸運(yùn)，從而促進(jìn)基于“協(xié)同潤(rùn)滑”的摩擦學(xué)性能提高。該策略的優(yōu)越性直接體現(xiàn)在復(fù)合材料優(yōu)異的減摩耐磨性能和導(dǎo)熱系數(shù)增強(qiáng)（1039.16％）。相關(guān)成果發(fā)表在Tribology International（2022，176： 107918）上。蘭州化物所張楠助理研究員為論文第一作者，王齊華研究員和王廷梅研究員為論文共同通訊作者。
圖1．（a） GBS＠polymer復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖。GBS＠polymer復(fù)合材料（b）摩擦學(xué)和（c）熱傳導(dǎo)機(jī)理示意圖。
近日，研究人員通過動(dòng)態(tài)可逆的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了一種具有自愈合、可回收、自報(bào)告磨損和可定制摩擦的多功能熱固性環(huán)氧樹脂?；趧?dòng)態(tài)共價(jià)鍵的可逆交換，環(huán)氧玻璃體可通過熱壓實(shí)現(xiàn)回收和損傷修復(fù)，而無需額外的粘合劑或催化劑。此外，利用動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的可逆性，將具有特定摩擦學(xué)特性的納米填料（氧化石墨烯和聚四氟乙烯）納入回收過程，以實(shí)現(xiàn)可定制的摩擦系數(shù)和耐磨損性能。不僅如此，研究人員利用二硫鍵的動(dòng)態(tài)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了基于硫自由基的磨損自報(bào)告特性，還研究了磨損時(shí)間與磨損狀態(tài)之間的關(guān)系。
圖2．基于雙動(dòng)態(tài)共價(jià)交聯(lián)的多功能聚合物設(shè)計(jì)，包括自愈合、可回收、自報(bào)告磨損和可定制摩擦性能。
該工作基于動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，產(chǎn)生了一種多功能熱固性材料，該材料不僅具有磨損自報(bào)告和可定制的摩擦性能，動(dòng)態(tài)特性也使其成為可持續(xù)工程和摩擦應(yīng)用的理想選擇，使智能制造成為可能，同時(shí)減少資源浪費(fèi)。相關(guān)工作發(fā)表在Friction（2025，13： 9440925）上。
以上工作得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。
