科研進展
蘭州化物所聚合物復合材料的結構功能設計與先進潤滑研究獲新進展
近年來，具有按需性能和模仿生命系統(tǒng)的仿生功能智能潤滑材料和結構引起人們廣泛關注。功能成分的觸發(fā)和反饋行為有望賦予智能材料可控的潤滑能力。
中國科學院蘭州化學物理研究所蘭州潤滑材料與技術創(chuàng)新中心聚合物自潤滑復合材料課題組多年來致力于石墨烯／聚合物自潤滑復合材料的結構設計與摩擦調控研究，通過石墨烯等功能填料的三維結構設計對材料的導熱、自潤滑等性能進行調控，取得了系列進展（Tribology International，2021，164： 107239；Tribology International，2022，167： 107364；Tribology International，2022，176： 107918），獲中國發(fā)明專利授權3項（ZL 202210636844．X，ZL 202111079254.3，ZL 202110704480．X）。
研究人員通過靜電組裝六方氮化硼和氧化石墨烯納米片制備了具有多層特征的三維結構。從宏觀到微觀的結構調整策略通過降低界面熱阻有利于有效的聲子輸運，從而促進基于“協同潤滑”的摩擦學性能提高。該策略的優(yōu)越性直接體現在復合材料優(yōu)異的減摩耐磨性能和導熱系數增強（1039.16％）。相關成果發(fā)表在Tribology International（2022，176： 107918）上。蘭州化物所張楠助理研究員為論文第一作者，王齊華研究員和王廷梅研究員為論文共同通訊作者。
圖1．（a） GBS＠polymer復合材料結構示意圖。GBS＠polymer復合材料（b）摩擦學和（c）熱傳導機理示意圖。
近日，研究人員通過動態(tài)可逆的分子結構設計，實現了一種具有自愈合、可回收、自報告磨損和可定制摩擦的多功能熱固性環(huán)氧樹脂?；趧討B(tài)共價鍵的可逆交換，環(huán)氧玻璃體可通過熱壓實現回收和損傷修復，而無需額外的粘合劑或催化劑。此外，利用動態(tài)共價鍵的可逆性，將具有特定摩擦學特性的納米填料（氧化石墨烯和聚四氟乙烯）納入回收過程，以實現可定制的摩擦系數和耐磨損性能。不僅如此，研究人員利用二硫鍵的動態(tài)性質，實現了基于硫自由基的磨損自報告特性，還研究了磨損時間與磨損狀態(tài)之間的關系。
圖2．基于雙動態(tài)共價交聯的多功能聚合物設計，包括自愈合、可回收、自報告磨損和可定制摩擦性能。
該工作基于動態(tài)共價鍵的環(huán)氧樹脂分子結構設計，產生了一種多功能熱固性材料，該材料不僅具有磨損自報告和可定制的摩擦性能，動態(tài)特性也使其成為可持續(xù)工程和摩擦應用的理想選擇，使智能制造成為可能，同時減少資源浪費。相關工作發(fā)表在Friction（2025，13： 9440925）上。
以上工作得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學基金委和中國科學院穩(wěn)定支持基礎研究領域青年團隊計劃等項目的支持。
