科研進(jìn)展
蘭州化物所自適應油凝膠潤滑材料研究獲新進(jìn)展
隨著(zhù)航空航天、海洋工程、高端制造等領(lǐng)域的快速發(fā)展,摩擦磨損對機械設備性能、效率和壽命的負面影響愈發(fā)凸顯,復雜交變的苛刻工況對傳統潤滑材料提出了新挑戰。發(fā)展可響應外界刺激改變材料自身結構,以適應復雜工況的高性能自適應潤滑材料,確保高端裝備的高效、長(cháng)壽命運行,具有重要的科學(xué)意義和工程應用價(jià)值。
針對傳統潤滑油脂在新型高端裝備應用中面臨爬移、泄漏、粘滯阻力高等難以應對復雜多變工況的問(wèn)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)驗室材料表面與界面研究組通過(guò)構筑具有機械力響應特性的動(dòng)態(tài)共價(jià)網(wǎng)絡(luò ),開(kāi)發(fā)了一類(lèi)具有力誘導可逆相轉變能力的自適應油凝膠潤滑材料(PTA油凝膠)。PTA油凝膠可適應設備啟停,在溶膠或凝膠狀態(tài)保持和迅速轉換,且具有出色的潤滑穩定性、適應不斷變化的運動(dòng)工況。
圖1 PTA油凝膠的設計思路和機械力誘導可逆相轉變示意圖
二硫鍵的力響應特性賦予了PTA油凝膠對機械剪切力的適應能力。在力的作用下,二硫鍵主鏈斷裂導致凝膠網(wǎng)絡(luò )被部分破壞,使剪切部位的凝膠轉變?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(zhù)硫自由基的產(chǎn)生,一旦撤去機械力,硫自由基可迅速淬滅成鍵以重建凝膠網(wǎng)絡(luò ),實(shí)現從溶膠到凝膠的相轉變,使潤滑劑失去流動(dòng)性,有效避免爬移、泄漏問(wèn)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油凝膠表現出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能和出色的潤滑穩定性,進(jìn)一步證實(shí)其對于惡劣、可變工況的適應性。通過(guò)與商用航空潤滑脂的系統對比,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(cháng)期潤滑表現。
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)鍵的力響應特性,為油凝膠材料賦予了具有“智能材料”特點(diǎn)的自適應屬性。自適應PTA油凝膠在高端裝備潤滑系統中具有應用潛力,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)院戰略性先導科技專(zhuān)項(B類(lèi))、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和空間站工程應用系統第三批科學(xué)實(shí)驗項目等項目的支持。