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8月14日，記者從中國科學(xué)院蘭州化學(xué)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(xù)潤滑機制啟發(fā)，開發(fā)了一種聚合物凝膠超潤滑材料。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《自然·通訊》上。

研究人員通過結(jié)合表面可控化學(xué)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(xiàn)了仿生多級結(jié)構(gòu)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(xiàn)出超低摩擦系數(shù)、穩(wěn)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(tài)測試工況下，該材料能夠在有限潤滑劑供給下，實現(xiàn)可觀的持續(xù)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(yīng)、靜電排斥、潤滑層/承載相的力學(xué)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(qū)動測試系統(tǒng)，直觀展示了該材料機械堅固與持續(xù)可靠的超潤滑行為，為研制水基超潤滑運動部件和醫(yī)療設(shè)備提供了理論指導(dǎo)。

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(chǔ)之上，研究人員又將關(guān)注點轉(zhuǎn)移到解決材料在苛刻鹽離子介質(zhì)中的長效力學(xué)穩(wěn)定性難題。相關(guān)研究成果發(fā)表在《物質(zhì)》上。

盡管已報道的大多數(shù)聚合物凝膠材料能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的承載與減摩功能，但其在復(fù)雜離子介質(zhì)中普遍存在溶脹和力學(xué)失效問題，摩擦學(xué)評價往往以去離子水為潤滑介質(zhì)，這明顯與聚合物材料的實際應(yīng)用工況不符（海水或生理介質(zhì)），使得相關(guān)材料的開發(fā)僅僅停留在概念和模型水平。

針對傳統(tǒng)高分子凝膠材料鹽析力學(xué)強化策略中的關(guān)鍵缺點，研究人員以聚乙烯醇（PVA）為原材料，通過退火結(jié)合靜電交聯(lián)晶域—原位鹽析、表面水合與網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)出了優(yōu)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(wǎng)絡(luò)互穿層的應(yīng)力離域效應(yīng)能夠有效降低接觸面剪切應(yīng)力，基底交聯(lián)的結(jié)晶區(qū)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(yōu)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(zhì)關(guān)節(jié)器械表面，實現(xiàn)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）