【海川化工科技前沿】兰州化物所聚合物水润滑材料研究取得突破性进展

兰州化物所聚合物水润滑材料研究取得突破性进展
2025-08-15

近日，中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料全国重点实验室在聚合物水润滑材料领域取得重要突破，其研发的高承载长寿命聚合物水润滑材料为工程和医疗领域的应用开辟了新路径。相关研究成果已分别发表于《自然通讯》（Nature Communications）与《物质》（Matter）。

聚合物水润滑材料因其在工程和医疗领域的广泛应用而备受关注。然而，服役过程中机械变形、失水及润滑介质中力学失稳等问题一直制约着其性能的提升，尤其是高承载与长效润滑减摩的统一成为行业内的重大挑战。

针对这一难题，研究团队受自然界蚯蚓持续润滑机制的启发，成功开发出一种基于微量润滑剂的聚合物凝胶超润滑材料。该材料通过结合表面可控化学刻蚀、原位褶皱化、激光微加工以及平衡溶胀闭孔等先进技术，实现了仿生多级结构化超润滑聚合物凝胶材料的制备。

实验数据显示，该材料在高接触压力（11.32 兆帕）下展现出超低摩擦系数，且经过100k次循环摩擦后无表面磨损，创下了聚合物凝胶基超润滑材料在宏观尺度上的最高承载能力纪录。更令人瞩目的是，在准湿态测试工况下，仅需5微升润滑剂，该材料就能实现持续润滑（3700循环）。

在解决聚合物凝胶材料超高承载和机械鲁棒性超润滑难点基础之上，研究人员将关注点转移到解决材料在苛刻盐离子介质中的长效力学稳定性难题。他们以聚乙烯醇为原材料，通过创新策略制造出具有超强抗溶胀性和机械鲁棒性的聚合物超润滑凝胶材料。该材料在复杂介质中表现出色，为海水或生理介质等实际应用工况提供了可靠解决方案。

实验数据显示，该材料显示出超高的疲劳阈值（843.0J/m2）；在磷酸盐缓冲溶液中浸泡超过460天仍然能够保持长效的力学稳定性与超低溶胀率（小于2%）；在高接触应力下经过100k次滑动摩擦循环后，摩擦系数仍保持极低水平。动物植入试验表明，该聚合物凝胶材料具有良好的生物安全性，可作为坚固的水润滑涂层成功应用于不同材质关节器械（如钛合金、不锈钢）表面，实现高效的润滑减摩改性。这一成果为新一代自润滑器械的研制提供了重要的材料保障。

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