相比傳統(tǒng)的固體潤(rùn)滑和液體潤(rùn)滑材料，多孔含油聚合物材料具有貫通孔隙結(jié)構(gòu)，經(jīng)浸油處理后形成獨(dú)立的“自循環(huán)”微供油體系，可在不需要外在輔助供油設(shè)備的前提下為軸承等部件提供持續(xù)潤(rùn)滑等特點(diǎn)，在高端裝備制造和航空、航天等高技術(shù)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。

　　近年來，中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所先進(jìn)潤(rùn)滑與防護(hù)材料研發(fā)中心王廷梅研究員和王齊華研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)從多孔含油聚合物材料的潤(rùn)滑機(jī)理出發(fā)，設(shè)計(jì)制備了一系列具有低摩擦磨損性能的新型多孔含油聚合物材料。

　　目前，多孔含油聚合物材料研究主要集中在制備高孔隙率、大孔徑的多孔基體以存儲(chǔ)更多的潤(rùn)滑劑，從而降低摩擦磨損。關(guān)于其潤(rùn)滑機(jī)理卻鮮有報(bào)道，導(dǎo)致材料設(shè)計(jì)與開發(fā)缺乏理論支持。該團(tuán)隊(duì)率先從多孔聚合物微觀孔隙結(jié)構(gòu)、表面微區(qū)承載和潤(rùn)滑劑供給等方面開展了機(jī)理研究。多孔含油聚合物內(nèi)部浸漬的潤(rùn)滑劑從孔隙內(nèi)部遷移至摩擦界面，修復(fù)摩擦過程中破損的潤(rùn)滑膜以保證部件的平穩(wěn)運(yùn)行。內(nèi)部潤(rùn)滑劑會(huì)在溫度、壓力或離心力的刺激下連續(xù)穩(wěn)定地供給。與外部供油潤(rùn)滑相比，含油聚合物材料的摩擦學(xué)行為表現(xiàn)出明顯的差異性，服役工況除了影響材料的機(jī)械性能外，更與材料內(nèi)部潤(rùn)滑劑的供給密切相關(guān)，其潤(rùn)滑狀態(tài)和摩擦系數(shù)變化趨勢(shì)均表現(xiàn)得更加復(fù)雜。潤(rùn)滑油的供給量和服役工況共同決定了多孔含油聚合物材料所處的潤(rùn)滑狀態(tài)。多孔含油聚合物材料的磨損主要表現(xiàn)為表面微區(qū)承載的塑性變形，堵塞孔隙結(jié)構(gòu)使?jié)櫥瑒┎荒芗皶r(shí)供給至界面，導(dǎo)致摩擦系數(shù)波動(dòng)較大。相關(guān)成果發(fā)表在Tribology Letters（2020, 68, 102）, Tribology International（2021, 157, 106891；2019, 140, 105728）和《空間控制技術(shù)與應(yīng)用》（2019, 45, 3）上。

圖1.多孔含油聚合物在溫度刺激下的供油示意圖

　　該團(tuán)隊(duì)利用表面織構(gòu)的方法構(gòu)筑了具有梯度孔隙結(jié)構(gòu)的多孔含油聚酰亞胺復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)了潤(rùn)滑油的梯度存儲(chǔ)和釋放，保證了潤(rùn)滑油的持續(xù)穩(wěn)定供給，從而獲得優(yōu)異的潤(rùn)滑性能。與傳統(tǒng)單一孔徑多孔含油材料相比，摩擦系數(shù)降低了45.71%，磨損率降低了77.08%。相關(guān)成果發(fā)表在Friction（2022, DOI: 10.1007/s40544-022-0642-5）上。此外，研究人員還通過在多孔聚合物材料內(nèi)部構(gòu)筑“儲(chǔ)油池”，實(shí)現(xiàn)了大油量存儲(chǔ)，提升了材料的含油保持率（油保持率為99%），相關(guān)成果發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces（2018, 10, 41699-41706; DOI: 10.1021/acsami.8b15198）上。

圖2.具有梯度孔隙結(jié)構(gòu)的多孔材料的表面和斷面形貌

圖3.內(nèi)部構(gòu)筑儲(chǔ)油池的多孔含油聚合物材料的潤(rùn)滑劑存儲(chǔ)和釋放的示意圖

　　針對(duì)多孔含油材料在離心力作用下的“被動(dòng)”釋放，缺乏按需主動(dòng)調(diào)控問題，該團(tuán)隊(duì)利用超分子油凝膠的溫度響應(yīng)相變實(shí)現(xiàn)了多孔含油聚合物材料的按需調(diào)控潤(rùn)滑油釋放。與浸漬常規(guī)潤(rùn)滑油的多孔材料相比，浸漬超分子油凝膠的多孔材料只在溫度刺激下按需釋放，含油保持率從66%提升到了99%。相關(guān)成果發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces（2022, 14, 8, 10936–10946; DOI:10.1021/acsami.1c22502）上。

圖4.超分子油凝膠存儲(chǔ)和釋放的示意圖

　　此外，目前常用做多孔基體骨架的工程塑料難以實(shí)現(xiàn)磨損后的自修復(fù)，而常見的自修復(fù)材料由于機(jī)械強(qiáng)度較低難以滿足工程應(yīng)用。該團(tuán)隊(duì)利用可相變的潤(rùn)滑材料在多孔材料表面構(gòu)筑了一層潤(rùn)滑層，當(dāng)潤(rùn)滑層發(fā)生磨損后可在溫度刺激下釋放內(nèi)部存儲(chǔ)的相變潤(rùn)滑劑，實(shí)現(xiàn)了對(duì)潤(rùn)滑層的修復(fù)，界面形成的潤(rùn)滑層避免了多孔骨架的磨損，可實(shí)現(xiàn)數(shù)百次的自修復(fù)。相關(guān)成果發(fā)表在Tribology International（2022, 165, 107303, DOI:10.1016/j.triboint.2021.107303）上。

圖5.潤(rùn)滑層的自修復(fù)機(jī)制

　　近五年來，該團(tuán)隊(duì)相繼突破了新型孔隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備、孔隙率和機(jī)械強(qiáng)度兼容、孔隙均勻性和批產(chǎn)穩(wěn)定性控制等關(guān)鍵技術(shù)，獲得中國(guó)發(fā)明專利授權(quán)16件。

　　上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（C類）、中科院西部之光西部青年學(xué)者A類、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的支持。