钢/多孔聚酰亚胺界面自适应限域超润滑研究获进展
文章导读
航天材料的致命弱点被攻破了！中科院团队最新突破让多孔聚酰亚胺实现“刚柔并济”——既能保持18.2%超高储油能力，更创造出摩擦系数仅0.007的梦幻级超润滑！这项发表于《先进功能材料》的研究颠覆性地提出“自适应限域润滑”策略：通过分子层级的MoS₂-油凝胶三维网络锁住润滑剂，再借多孔结构实现微观限域，让材料在剧烈工况下动态调节油膜厚度。钢/聚合物界面从此告别磨损魔咒（磨损率低至2.81×10⁻⁸·mm³·N⁻¹·m⁻¹），双重限域架构为超长寿命航天运动部件解锁未来！
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自润滑多孔聚酰亚胺（PPI）凭借其优异的热稳定性、机械强度及储油能力，在航空航天、高端装备运动部件润滑中具备不可替代的优势，但其多孔结构也会削弱材料表面强度，导致弹性坍塌和耐磨性下降。因此，探索减少PPI表面磨损的策略对于延长使用寿命和提高材料稳定性具有重要作用。
近期，中国科学院兰州化学物理研究所研究员王道爱团队基于“自适应限域润滑”策略，设计制备出MoS2-油凝胶复合的多孔聚酰亚胺（PPI-gel-TAM）。该材料具有18.2%的高储油能力和97.7%的油保持率，实现了摩擦系数为~0.007的钢/PPI界面自适应的宏观超润滑和2.81×10-8·mm3·N-1·m-1的低磨损率，展现出出色的摩擦学性能，为未来发展高性能工程极限润滑材料提供了新的见解和思路。
自适应润滑对于运行条件变化较大的系统至关重要，自适应限域润滑策略利用自适应润滑剂释放和限域润滑的协同效应来实现优异的摩擦学性能。在该策略中，为确保持续的低摩擦和磨损，润滑剂会根据不断变化的条件动态调整其释放和成膜行为。同时，限域润滑在两个不同的层级上起作用，形成双重限域构架，协同增强润滑性能。研究显示，在分子到纳米尺度上，功能化MoS2纳米片和基础油均被限制在三维PAO 10凝胶网络中，有效抑制了它们在摩擦过程中不受控制的迁移或聚集。在微观尺度上，改性PAO 10凝胶被进一步限制在PPI基体多孔结构中。其中，界面相互作用主导润滑剂的流动和成膜行为，从而增强其稳定性和润滑效率。因此，钢/PPI界面宏观超润滑机理可归因于多孔结构的储油/释放、润滑剂的剪切变稀特性、功能化的二硫化钼与油分子之间的相互作用以及摩擦保护膜形成四种机制的耦合作用。
相关研究成果以Hierarchical MoS2-Oleogel in Porous Polyimides: A Self-Adaptive Confined Lubrication strategy for Ultralow Friction and Wear为题，发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、中国科学院、甘肃省等的支持。
多孔聚酰亚胺的设计与制备
钢/多孔聚酰亚胺界面的润滑机理
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