聚四氟乙烯（PTFE）以其優(yōu)異的自潤(rùn)滑性能在航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但其分散相容性和耐磨性差仍是亟需解決的關(guān)鍵難題。 

　　近年，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室功能潤(rùn)滑材料課題組和先進(jìn)潤(rùn)滑與防護(hù)材料研發(fā)中心工程用特種潤(rùn)滑材料課題組共同致力于潤(rùn)滑材料的功能組裝策略、結(jié)構(gòu)調(diào)控、性能優(yōu)化及摩擦學(xué)機(jī)理等系統(tǒng)研究。研究人員通過(guò)PTFE與有機(jī)/無(wú)機(jī)材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和功能修飾制備了系列PTFE基復(fù)合潤(rùn)滑材料，解決了物理共混制備復(fù)合材料時(shí)分散不均和相分離等問(wèn)題。研究成果對(duì)PTFE基聚合物復(fù)合潤(rùn)滑材料、潤(rùn)滑添加劑及涂層材料的應(yīng)用提供了理論與實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 

　　為改善PTFE作為摩擦副元件使用時(shí)耐磨性不足的問(wèn)題，研究人員制備了以PTFE為核，酚醛樹脂、聚丙烯酸酯為殼的核殼復(fù)合材料（PTFE@PR、PTFE@PACR），在苛刻工況下獲得了高承載性和耐磨性（圖1）。優(yōu)異的摩擦學(xué)性能與轉(zhuǎn)移膜的均勻性、結(jié)晶性及其與基底的結(jié)合作用密切相關(guān)。部分成果發(fā)表在Tribol Int（2020, 144, 106092； 2021, 154,106718）和J Appl Polym Sci（2019, 136, 47774）上，相關(guān)技術(shù)獲中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)（ZL 201911007819.X）一項(xiàng)。 

圖1 不同工況下PTFE基核殼復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能研究 

　　為解決PTFE用作固、液潤(rùn)滑添加劑時(shí)相容性和分散性較差的問(wèn)題，研究人員借助殼體材料表面豐富的官能團(tuán)，通過(guò)乳液聚合-溶膠凝膠法、靜電自組裝法制備了PTFE@SiO₂、MXene@PTFE和GO@PTFE核殼微粒。摩擦過(guò)程中轉(zhuǎn)移膜的均勻性及與基底的結(jié)合強(qiáng)度是復(fù)合材料在環(huán)氧樹脂、PAO6和水潤(rùn)滑體系中具有優(yōu)異摩擦學(xué)性能的根本原因（圖2）。部分成果發(fā)表在Mater Design（2020, 195, 109069）、Carbon（2021, 184, 12-23）、Tribol Int（2021, 160, 107016；2021，158, 106930；2022, 169, 107485）和《摩擦學(xué)學(xué)報(bào)》（2021, 41, 522-531）上，相關(guān)技術(shù)獲中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)（ZL 202010092324.8）一項(xiàng)。 

圖2 PTFE基固、液潤(rùn)滑添加劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能調(diào)控 

　　基于PTFE復(fù)合材料優(yōu)異的摩擦學(xué)性能與轉(zhuǎn)移膜微觀結(jié)構(gòu)間的相關(guān)性，研究人員在摩擦誘導(dǎo)下制備了PTFE基異質(zhì)潤(rùn)滑涂層（PTFE/Al³⁺-GS和PTFE/Al³⁺-MXene），并對(duì)相關(guān)轉(zhuǎn)移潤(rùn)滑理論進(jìn)行了模擬研究（圖3）。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析和分子動(dòng)力學(xué)模擬揭示了轉(zhuǎn)移膜的形成機(jī)理、結(jié)構(gòu)演變及界面摩擦化學(xué)反應(yīng)的相關(guān)機(jī)制。部分成果發(fā)表在Tribol Int（2022, 168: 107455）和Chem Eng J（2022，10.1016/j.cej.2022.136238）上，申請(qǐng)中國(guó)發(fā)明專利（CN 202111212961.5）一項(xiàng)。 

圖3 PTFE基異質(zhì)涂層的設(shè)計(jì)制備及轉(zhuǎn)移潤(rùn)滑機(jī)制研究 

　　上述工作由蘭州化物所楊亞文博士研究生和王娜博士完成，指導(dǎo)老師是王金清研究員、王宏剛研究員和李章朋特聘青年研究員。 

　　以上研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51675509和52175203）、蘭州化物所固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等的支持。