離子液體在室溫附近呈液態(tài)，具有獨特的陰陽離子結構、極低的飽和蒸氣壓和優(yōu)異的潤滑性能，被公認為最具潛力的高性能液體潤滑材料之一。離子液體內部的靜電作用力較強、與商品潤滑油的相容性差，且對金屬具有腐蝕性，這限制了其作為潤滑材料在航空航天、軌道交通和電子信息等領域的應用。 

　　中國科學院蘭州化學物理研究所先進潤滑與防護材料研發(fā)中心特種油脂與密封材料課題組胡麗天研究員團隊長期致力于離子液體潤滑材料的油溶性和功能性設計與應用研究工作，發(fā)展了系列油溶性質子型離子液體和新型抗腐蝕性功能離子液體材料。 

　　研究人員通過增強氫鍵效應，利用簡單的酸堿中和反應，開發(fā)了系列質子型油溶性離子液體。通過界面分析以及分子動力學模擬等手段，從離子液體在摩擦表面的分子構象層面，揭示了短碳鏈油溶性離子液體較長碳鏈離子液體潤滑性能更優(yōu)的潤滑機理。相關成果發(fā)表在Applied Surface Science (2021，568，150922)和Journal of Colloid and Interface Science (2022，623，257–266)上。 

圖1 不同烷基鏈長度的離子液體界面吸附行為

　　研究人員通過“自下而上”的結構設計方法，開發(fā)了一種結合柔性烷基鏈和剛性咪唑環(huán)結構的油溶性離子液體（[C₁₁-IM][DEHP]），在高載荷（400N）或極低濃度（0.1wt%）下，均表現(xiàn)出優(yōu)于商品添加劑二烷基二硫代磷酸鋅（ZDDP）及常見油溶性離子液體的摩擦學性能，極低的添加量在節(jié)約成本和滿足降低潤滑油脂中磷含量的環(huán)保要求方面具有顯著優(yōu)勢。此外，研究人員通過對摩擦界面的深入分析，從摩擦界面電子轉移角度，闡明了[C₁₁-IM][DEHP]離子液體優(yōu)異承載能力和極低有效濃度的作用機制。相關研究成果發(fā)表在Chemical Engineering Journal （2023，465，142810）上。 

圖2 離子液體在摩擦界面電子轉移機制

　　研究人員基于緩蝕機理，通過功能化結構設計，開發(fā)了系列新型抗腐蝕性功能離子液體，該系列功能離子液體作為潤滑添加劑或潤滑劑時均表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學性能和抗腐蝕性能。相關研究成果發(fā)表在Tribology International（2017，114：121–131；2018，125：39-45；2022，173：107682），Journal of Molecular Liquids（2019，284：577–585）和摩擦學學報（2019，39(3)：279-286）上，并獲中國發(fā)明專利授權3項（ZL 201911069474.0，ZL 201810719058.X，ZL 201610771728.3）。 

圖3 系列功能離子液體的摩擦學性能與抗腐蝕性能

　　以上研究打破了傳統(tǒng)油溶性離子液體對長烷基鏈的要求，豐富和發(fā)展了離子液體的油溶性理論體系，提出了基于緩蝕機理的抗腐蝕性離子液體功能化設計理念，為新型油溶性和功能性離子液體的結構設計提供了一種新策略。 

　　李毅助理研究員、方洪嶺博士為論文第一作者，胡麗天研究員和張松偉副研究員為通訊作者。 

　　以上工作得到了科技部、國家自然科學基金委和中科院青年創(chuàng)新促進會等的支持。