王金清、王宏刚在核壳复合功能润滑材料研究方面取得系列进展

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高端机械装备对自润滑运动零部件的承载能力、工况适应性和服役寿命等性能提出了更加苛刻的要求，传统润滑材料已无法适应苛刻服役工况的应用需求。因此，发展兼具低摩擦、长寿命和多环境适应性于一体的功能润滑材料已成为近年来摩擦学领域的前沿方向。
　　近期，中国科学院兰州化学物理研究所功能润滑材料课题组和工程用特种润滑材料课题组基于不同组分间界面相互作用的设计与功能组装策略，开展了聚四氟乙烯（PTFE）基核壳复合润滑材料在结构调控、润滑与耐磨性能优化和摩擦学机理等方面的系统研究，为设计强韧兼备与多环境适应性的功能润滑材料提供了实验依据和理论指导。

具有多工况环境适应性的PTFE基核壳复合润滑材料的摩擦转移机理

　　研究人员将原位聚合法和热压成型技术相结合，研制出核壳聚四氟乙烯@酚醛树脂（PTFE@PR）复合材料。该复合材料在不同温度、载荷、速度和对偶粗糙度等多工况下均具有优异的自润滑和耐磨损性能，并在摩擦诱导作用下表现出双相聚合物链长程有序的定向转移膜形成机制（图a）和增强作用。
　　另外，研究人员利用静电自组装法构筑了二维MXene（Ti3C2Tx）纳米片包覆PTFE的核壳复合粒子（pMXene@PTFE）及其增强的环氧树脂基涂层材料。核壳粒子不仅能抑制MXene的氧化，而且赋予涂层材料良好的强韧化效应，实现了润滑性与耐磨性的协同优化，使得涂层材料在大气环境、高湿度（RH：80%）和真空（3×10-5 mbar）环境下均表现出稳定的润滑与耐磨性能。其机理主要是PTFE的引入有助于MXene片悬键的钝化，可有效抵抗活性分子的潜入，从而表现出对环境的不敏感性（图b）。研究表明，两者的静电复合抑制了MXene片和PTFE颗粒在摩擦剪切力下的自聚集，提高了PTFE在环氧树脂基体中的分散稳定性和相容性，表现出良好的协同效应，为树脂基体的接触载荷提供了应力传导通道，从而降低了润滑材料的疲劳磨损。
　　相关研究结果发表在Tribology International（2020，144，106092；2021，154，106718）和Carbon（2021，184，12-23）期刊上。在读博士研究生杨亚文为该论文的第一作者，王金清研究员和王宏刚研究员为共同通讯作者。
　　以上工作得到了国家自然科学基金项目的支持。


        文章来源：兰州化物所
       王金清：男，理学博士，研究员，博士研究生导师，中国科学院“百人计划学者”，2011年度甘肃省“杰出青年”基金获得者。中国化学会会员，中国机械工程学会会员，《摩擦学学报》编委，《功能材料》特聘编审专家。1999年毕业于西北师范大学化学系，2004年8月在中国科学院兰州化学物理研究所获得理学博士学位。2005年获日本学术振兴会（JSPS）基金支持，在日本国立九州大学大学院综合理工学研究院做外国人特别学术研究员。2008年度中科院“百人计划”入选者，主要从事新型润滑薄膜材料的表/界面行为研究以及先进复合润滑材料研制和应用开发等方面的科研工作。迄今，在国内外重要学术期刊上发表研究论文100多篇（其中SCI收录80多篇），申报国家发明专利多项，2项获得授权。另外，还受邀参与两部英文摩擦学专著章节撰写工作。作为主要完成人参与的项目“纳米润滑材料的研制及其摩擦学性能”获得2005年度甘肃省科学技术进步奖一等奖，与兰州大学合作申报的项目“牙科材料的仿生优化设计和制备”获2010年度甘肃省科学技术进步奖三等奖/2010年度兰州市科学技术进步奖一等奖。目前，承担国家自然科学基金面上项目、科技部国家重点实验室专向基金、甘肃省“杰出青年”基金以及中科院院地合作和企业委托合作等多项研究课题。    王宏刚，中国科学院兰州化学物理研究所研究员。主要从事国家863计划、中科院院地合作及企业委托、国际合作课题等项目。作为课题负责人，先后主持了国家863计划课题1项，企业合作课题10余项，多项研发产品在汽车、工程机械等领域中获得应用，并产生了良好的经济效益。