8月14日，記者從中國科學院蘭州化學物理研究所獲悉，該所周峰研究員和麻拴紅研究員團隊，受自然界蚯蚓持續潤滑機制啟發，開發了一種聚合物凝膠超潤滑材料。相關研究成果近日發表在《自然·通訊》上。
研究人員通過結合表面可控化學刻蝕、原位褶皺化、激光微加工以及平衡溶脹閉孔等策略，實現了仿生多級結構化超潤滑聚合物凝膠材料的制備。該材料能夠在高接觸壓力工況下展現出超低摩擦系數、穩定持久的超潤滑壽命，且無表面磨損，是迄今為止聚合物凝膠基超潤滑材料在宏觀尺度所報道的最高承載能力。特別是在準濕態測試工況下，該材料能夠在有限潤滑劑供給下，實現可觀的持續潤滑。
研究表明，該材料堅固/持久的超潤滑行為主要歸因于滑動界面水合效應、靜電排斥、潤滑層/承載相的力學匹配以及摩擦過程中潤滑劑的自泵送特征。研究人員通過自主搭建載荷摩擦機械驅動測試系統，直觀展示了該材料機械堅固與持續可靠的超潤滑行為，為研制水基超潤滑運動部件和醫療設備提供了理論指導。
另悉，在解決聚合物凝膠材料超高承載和機械魯棒性超潤滑難點基礎之上，研究人員又將關注點轉移到解決材料在苛刻鹽離子介質中的長效力學穩定性難題。相關研究成果發表在《物質》上。
盡管已報道的大多數聚合物凝膠材料能夠實現優異的承載與減摩功能，但其在復雜離子介質中普遍存在溶脹和力學失效問題，摩擦學評價往往以去離子水為潤滑介質，這明顯與聚合物材料的實際應用工況不符（海水或生理介質），使得相關材料的開發僅僅停留在概念和模型水平。
針對傳統高分子凝膠材料鹽析力學強化策略中的關鍵缺點，研究人員以聚乙烯醇（PVA）為原材料，通過退火結合靜電交聯晶域—原位鹽析、表面水合與網絡互穿—基底限域的摩擦裂紋鈍化策略，制造出具有超強抗溶脹性和機械魯棒性的聚合物超潤滑凝膠材料。在使用微米級別粗糙度的不銹鋼對偶摩擦過程中，聚合物凝膠材料仍然展現出了優異的減摩和抗磨性能。
其主要原因是表面水合潤滑機制和網絡互穿層的應力離域效應能夠有效降低接觸面剪切應力，基底交聯的結晶區承載的同時也能夠鈍化裂紋，進一步抑制基底層摩擦裂紋擴展，從而確保材料超長的服役周期。動物植入試驗表面該聚合物凝膠材料具有優異的生物安全性，可作為堅固的水潤滑涂層成功制造在不同材質關節器械表面，實現高效的潤滑減摩改性，為新一代自潤滑器械的研制提供重要材料保障。
（受訪者供圖）
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