王齐华、王廷梅等3D打印复合梯度结构聚酰亚胺获新进展

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聚酰亚胺(PI)由于优异的机械性能、热稳定性能以及耐原子氧性能被广泛用于自润滑材料，在PI的整个基体中加入纳米填料以改善其摩擦学性能已被广泛研究。然而，由于成型方法的限制，PI的整体梯度结构很少被提及。增材制造又称3D打印，能够发挥自由制造复杂对象的优势，为PI的结构设计带来了机会。同时满足高性能和高保形的3D打印PI对于摩擦学过程至关重要，但也极具挑战。
　　近日，中国科学院兰州化学物理研究所先进润滑与防护材料研发中心王齐华研究员、王廷梅研究员带领的团队报道了高强、高形状保持聚酰亚胺及其复合梯度结构的一体化打印用于增强摩擦学性能。研究人员从分子水平设计出发，结合分子动力学模拟计算得到了高溶解度、高性能的PI前驱体墨水，将甲基丙烯酸二甲氨基乙酯作为流变改性剂以及紫外光交联位点，得到了适用于DIW打印的墨水。
　　通过优化墨水配方，得到的3D打印PI具有突出的抗拉强度(~126 MPa)、优异的杨氏模量(~3.5 GPa)、高硬度(~380 MPa)、显著的热稳定性(Td~415°C、Tg~220°C)、低线性收缩率(~11%)以及优异的透光率和透明度。
　　研究人员进一步选用二硫化钼(MoS2)作为固体润滑剂，制备了PI/MoS2复合墨水，实现了不同结构PI的一体化打印。结果表明，3D打印的梯度PI/MoS2具有稳定/低的摩擦系数(COF)和极小的磨损，磨损率比3D打印的纯PI降低了68%。相关研究成果发表在Additive Manufacturing（https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103440）上。

图 3D打印聚酰亚胺及其摩擦学性能

　　以上工作得到了国家自然科学基金项目、中科院B类先导科技专项培育项目和慧眼行动项目等的支持。
        文章来源：兰州化物所
      王齐华，男，中国科学院兰州化学物理研究所研究员,博士生导师。1990年7月毕业于西北工业大学获工学学士学位，1998年7月于中国科学院兰州化学物理研究所获物理化学理学博士学位。2004年以高级访问学者身份在美国休斯敦大学化学系进行合作研究。现任中国科学院兰州化学物理研究所党委书记、副所长，博士生导师，研究员。国家杰出青年基金获得者，中国机械工程学会摩擦学分会第九届青年工作委员会副主任委员，甘肃省化学会理事，《润滑与密封》杂志编委会委员，《摩擦学学报》杂志编委会委员。目前主要从事的研究领域包括复合材料摩擦学、空间环境材料失效行为和机理研究以及苛刻条件下的润滑材料和密封技术研究。在国内外重要期刊发表论文100余篇。作为项目负责人或主要骨干，先后承担了20多项研究课题；获得国家自然科学二等奖1项、甘肃省科技进步一等奖1项、中科院科技进步一等奖1项，荣获中科院首届刘永龄奖和2006年国务院政府特殊津贴。