科研進(jìn)展
蘭州化物所自適應(yīng)油凝膠潤滑材料研究獲新進(jìn)展
隨著航空航天、海洋工程、高端制造等領(lǐng)域的快速發(fā)展，摩擦磨損對機(jī)械設(shè)備性能、效率和壽命的負(fù)面影響愈發(fā)凸顯，復(fù)雜交變的苛刻工況對傳統(tǒng)潤滑材料提出了新挑戰(zhàn)。發(fā)展可響應(yīng)外界刺激改變材料自身結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)復(fù)雜工況的高性能自適應(yīng)潤滑材料，確保高端裝備的高效、長壽命運(yùn)行，具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
針對傳統(tǒng)潤滑油脂在新型高端裝備應(yīng)用中面臨爬移、泄漏、粘滯阻力高等難以應(yīng)對復(fù)雜多變工況的問題。近日，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)室材料表面與界面研究組通過構(gòu)筑具有機(jī)械力響應(yīng)特性的動(dòng)態(tài)共價(jià)網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)了一類具有力誘導(dǎo)可逆相轉(zhuǎn)變能力的自適應(yīng)油凝膠潤滑材料（PTA油凝膠）。PTA油凝膠可適應(yīng)設(shè)備啟停，在溶膠或凝膠狀態(tài)保持和迅速轉(zhuǎn)換，且具有出色的潤滑穩(wěn)定性、適應(yīng)不斷變化的運(yùn)動(dòng)工況。
圖1 PTA油凝膠的設(shè)計(jì)思路和機(jī)械力誘導(dǎo)可逆相轉(zhuǎn)變示意圖
二硫鍵的力響應(yīng)特性賦予了PTA油凝膠對機(jī)械剪切力的適應(yīng)能力。在力的作用下，二硫鍵主鏈斷裂導(dǎo)致凝膠網(wǎng)絡(luò)被部分破壞，使剪切部位的凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)榈宛ざ鹊娜苣z狀態(tài)，以降低粘滯阻力。同時(shí)二硫鍵被破壞，伴隨著硫自由基的產(chǎn)生，一旦撤去機(jī)械力，硫自由基可迅速淬滅成鍵以重建凝膠網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)從溶膠到凝膠的相轉(zhuǎn)變，使?jié)櫥瑒┦チ鲃?dòng)性，有效避免爬移、泄漏問題。
圖2 PTA油凝膠的制備和普適性
在極端和交變的摩擦條件下，PTA油凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能和出色的潤滑穩(wěn)定性，進(jìn)一步證實(shí)其對于惡劣、可變工況的適應(yīng)性。通過與商用航空潤滑脂的系統(tǒng)對比，PTA油凝膠具有在多種測試條件下最為均衡的潤滑性能和最優(yōu)異的長期潤滑表現(xiàn)。
圖3 PTA油凝膠的摩擦學(xué)性能
該研究利用動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵的力響應(yīng)特性，為油凝膠材料賦予了具有“智能材料”特點(diǎn)的自適應(yīng)屬性。自適應(yīng)PTA油凝膠在高端裝備潤滑系統(tǒng)中具有應(yīng)用潛力，為發(fā)展智能潤滑材料提供了新策略。
相關(guān)研究成果以“Dynamic Covalent Oleogel with Mechanical Force-Induced Reversible Phase Transition for Self-Adaptive Lubrication”為題發(fā)表在Adv. Funct. Mater（10.1002/adfm.202501417）上。蘭州化物所博士生謝翱和張嘉瑩助理研究員為論文共同第一作者，王新剛助理研究員、蔡美榮研究員和周峰研究員為通訊作者。
以上工作得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和空間站工程應(yīng)用系統(tǒng)第三批科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等項(xiàng)目的支持。
