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科研進(jìn)展

蘭州化物所聚合物復合材料的結構功能設計與先進(jìn)潤滑研究獲新進(jìn)展

發(fā)表日期:2024-12-23來(lái)源:蘭州化學(xué)物理研究所放大 縮小

近年來(lái),具有按需性能和模仿生命系統的仿生功能智能潤滑材料和結構引起人們廣泛關(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滑能力。

中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所蘭州潤滑材料與技術(shù)創(chuàng )新中心聚合物自潤滑復合材料課題組多年來(lái)致力于石墨烯/聚合物自潤滑復合材料的結構設計與摩擦調控研究,通過(guò)石墨烯等功能填料的三維結構設計對材料的導熱、自潤滑等性能進(jìn)行調控,取得了系列進(jìn)展(Tribology International,2021,164: 107239;Tribology International,2022,167: 107364;Tribology International,2022,176: 107918),獲中國發(fā)明專(zhuān)利授權3項(ZL 202210636844.X,ZL 202111079254.3,ZL 202110704480.X)。

研究人員通過(guò)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構。從宏觀(guān)到微觀(guān)的結構調整策略通過(guò)降低界面熱阻有利于有效的聲子輸運,從而促進(jìn)基于“協(xié)同潤滑”的摩擦學(xué)性能提高。該策略的優(yōu)越性直接體現在復合材料優(yōu)異的減摩耐磨性能和導熱系數增強(1039.16%)。相關(guān)成果發(fā)表在Tribology International2022,176: 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。

1.(a GBS@polymer復合材料結構示意圖。GBS@polymer復合材料(b)摩擦學(xué)和(c)熱傳導機理示意圖。

近日,研究人員通過(guò)動(dòng)態(tài)可逆的分子結構設計,實(shí)現了一種具有自愈合、可回收、自報告磨損和可定制摩擦的多功能熱固性環(huán)氧樹(shù)脂?;趧?dòng)態(tài)共價(jià)鍵的可逆交換,環(huán)氧玻璃體可通過(guò)熱壓實(shí)現回收和損傷修復,而無(wú)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(guò)程,以實(shí)現可定制的摩擦系數和耐磨損性能。不僅如此,研究人員利用二硫鍵的動(dòng)態(tài)性質(zhì),實(shí)現了基于硫自由基的磨損自報告特性,還研究了磨損時(shí)間與磨損狀態(tài)之間的關(guān)系。

2.基于雙動(dòng)態(tài)共價(jià)交聯(lián)的多功能聚合物設計,包括自愈合、可回收、自報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(shù)脂分子結構設計,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告和可定制的摩擦性能,動(dòng)態(tài)特性也使其成為可持續工程和摩擦應用的理想選擇,使智能制造成為可能,同時(shí)減少資源浪費。相關(guān)工作發(fā)表在Friction2025,13: 9440925上。

以上工作得到了中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項、國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院穩定支持基礎研究領(lǐng)域青年團隊計劃等項目的支持。

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