8月14日，記者從中國(guó)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(tuán)隊(duì)，受自然界蚯蚓持續(xù)潤(rùn)滑機(jī)制啟發(fā)，開發(fā)了一種聚合物凝膠超潤(rùn)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(shí)現(xiàn)了仿生多級(jí)結(jié)構(gòu)化超潤(rùn)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(rùn)滑壽命，且無表面磨損，是迄今為止聚合物凝膠基超潤(rùn)滑材料在宏觀尺度所報(bào)道的最高承載能力。特別是在準(zhǔn)濕態(tài)測(cè)試工況下，該材料能夠在有限潤(rùn)滑劑供給下，實(shí)現(xiàn)可觀的持續(xù)潤(rùn)滑。

研究表明，該材料堅(jiān)固/持久的超潤(rùn)滑行為主要?dú)w因于滑動(dòng)界面水合效應(yīng)、靜電排斥、潤(rùn)滑層/承載相的力學(xué)匹配以及摩擦過程中潤(rùn)滑劑的自泵送特征。研究人員通過自主搭建載荷摩擦機(jī)械驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，直觀展示了該材料機(jī)械堅(jiān)固與持續(xù)可靠的超潤(rùn)滑行為，為研制水基超潤(rùn)滑運(yùn)動(dòng)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(jī)械魯棒性超潤(rùn)滑難點(diǎn)基礎(chǔ)之上，研究人員又將關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)移到解決材料在苛刻鹽離子介質(zhì)中的長(zhǎng)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(bào)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(píng)價(jià)往往以去離子水為潤(rùn)滑介質(zhì)，這明顯與聚合物材料的實(shí)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(duì)傳統(tǒng)高分子凝膠材料鹽析力學(xué)強(qiáng)化策略中的關(guān)鍵缺點(diǎn)，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(qiáng)抗溶脹性和機(jī)械魯棒性的聚合物超潤(rùn)滑凝膠材料。在使用微米級(jí)別粗糙度的不銹鋼對(duì)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(rùn)滑機(jī)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(shí)也能夠鈍化裂紋，進(jìn)一步抑制基底層摩擦裂紋擴(kuò)展，從而確保材料超長(zhǎng)的服役周期。動(dòng)物植入試驗(yàn)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(jiān)固的水潤(rùn)滑涂層成功制造在不同材質(zhì)關(guān)節(jié)器械表面，實(shí)現(xiàn)高效的潤(rùn)滑減摩改性，為新一代自潤(rùn)滑器械的研制提供重要材料保障。

（受訪者供圖）