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机械工程学会摩擦学分会 固体润滑国家重点实验室 摩擦学学报

研究进展

我国学者在脆性无机非金属材料塑化研究中取得进展 2024-12-31 图 具有高密度/多样化微结构的塑性Bi2Te3晶体 在国家自然科学基金项目（批准号：52122213、52232010）等资助下，中国科学院上海硅酸盐研究所史迅研究员、陈立东研究员与合作者在脆性无机非金属材料塑化研究方面取得进展。相关成果以“含缺陷的Bi₂Te₃基热电晶体室温反常塑性（Room-temperature exceptional plasticity in defective Bi2Te3-based bulk thermoelectric crystals）”为题，于2024年12月6日在线发表于《科学》（Science）。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr8450。 在室温下，无机非金属材料通常表现为脆性，难以像金属一样精准加工，且易突然断裂造成灾难性失效。目前，具有本征塑性的块体无机非金属材料种类较稀少，且热电性能远低于经典的脆性材料。理论上，当无机非金属材料中同时存在两种及以上的高浓度本征缺陷时，缺陷间的相互作用、聚集和移动可能在材料内部引入高密度/多样化的微结构，有望实现材料的塑化。然而，在无机非金属材料中这一策略尚未实现。 史迅研究员团队在脆性碲化铋（Bi2Te3）基材料中通过调制反位缺陷诱导形成高密度/多样化的微观结构，实现了材料从脆性至塑性的转化。Bi2Te3单晶展现出优良的塑性变形能力，沿面内方向的三点弯曲应变量＞20%，压缩应变量＞80%，可以被弯曲成为环状而不发生开裂。透射电镜表征发现Bi2Te3单晶中存在由BiTe和TeBi反位缺陷转变而成的高密度/多样化的微观结构，如线缺陷（位错、涟漪）或面缺陷（交错层、超位错）甚至局部晶格畸变等。分子动力学计算证明了这种微观结构是Bi2Te3单晶发生塑化的重要原因。塑性Bi2Te3单晶具有优异的热电性能，室温热电优值远高于已报道的塑性热电材料。通过固溶Sb调控载流子浓度，在保持优良塑性的同时，可以将热电优值进一步提高。最后，研究团队基于塑性Bi0.8Sb1.2Te3单晶制备了8对具有Y型结构的柔性热电器件。在19℃的环境温度下，将该器件佩戴于人体，获得的器件最大归一化功率密度为2.0 μWcm-2，远高于基于其他塑性热电材料的器件。 该研究不仅开发出一种新型高性能塑性无机热电材料，还提供了一种将脆性材料转变为塑性材料的有效策略，为脆性无机非金属材料的塑化研究提供了重要借鉴。
我国学者在芳烃/烷烃分离膜领域取得进展 2024-12-18 图 OMP膜(A)结构及芳烃分子传递机制；(B,C) 微观形貌；(D) 芳烃/烷烃分离性能；(E) 两级膜串联分离工艺及(F) 石脑油模拟料液的分离性能 在国家自然科学基金项目（批准号：22125801、22478012）资助下，北京工业大学材料科学与工程学院的安全福与王乃鑫团队，在芳烃/烷烃分离膜领域取得重要研究进展。相关成果以“取向单层多面体芳烃/烷烃分离膜（Aromatic-aliphatic hydrocarbon separation with oriented monolayer polyhedral membrane）”为题，2024年11月29日在线发表于《科学》（Science）。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq5577。 节能减碳是石化行业的重要发展方向。轻烃是石脑油蒸汽裂解的关键产物，其中芳烃与烷烃的高效分离，不仅能显著降低能耗，还能获取高价值的芳烃。然而，芳烃与烷烃（如苯与环己烷、甲苯与正庚烷）分子尺寸和物理化学性质相似，其分离极具挑战。 据此，上述团队提出纳米基元构筑膜的新思路，基于芳烃快速传输的设计思想，创建了纳米多面体颗粒基元，制备颗粒高密度取向排列的单层多面体膜（Oriented Monolayer Polyhedral, OMP膜），展现出对芳烃的高选择性。通过调控单层多面体在支撑体表面的覆盖率，优化两级膜串联分离工艺，分离石脑油模拟料液中的芳烃，从15 wt%提升至97.5 wt%，实现了芳烃/烷烃的高效分离。该研究为高性能膜的设计提供了借鉴。
清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室刘宇宏课题组（机械工程系）：莲藕启发的超疏水毛细网状表面实现水下气膜长期稳定性 2024-12-15 近日，清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室刘宇宏教授课题组（机械工程系）基于莲藕的水下生成策略，提出了一种毛细作用驱动的自吸气超疏水网状表面，实现了水下气膜的长久保持，为水下非润湿领域的发展提供了新的思路。成果以“Lotus rhizome-inspired superhydrophobic capillarity mesh surface for long-term plastron stability”为题发表在国际学术期刊《Chemical Engineering Journal》(2024, 502, 158048)。论文第一作者为清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室博士生王佳铭，通讯作者为刘宇宏教授。 研究背景 超疏水表面因其能够在水下捕获气体而备受研究者们的关注。这种被捕获的气体，被称为气膜（plastron），在许多非润湿相关的应用中展现出巨大潜力。例如，气膜的存在能产生滑移效应，减少固液界面阻力。同时，气膜能隔绝液体环境，起到优异防污防腐蚀效果。然而，气膜的脆弱性使其在面对复杂的现实环境因素时容易流失。目前，气膜再生的方法通常依赖持续的物质或能量输入，如气体注入、化学反应、电解、沸腾以及溶解度的控制等。这些方法不仅难以大规模实施，而且需要对气膜进行持续监控，这在实际应用中带来了诸多不便。 研究内容 在这项研究中，研究人员提出了一种新颖的毛细作用方法来补充气膜。研究灵感来源于莲藕在水下生存的机制。研究人员开发了一种超疏水毛细网状表面（SCMS），这种表面能够作为毛细管自发吸收气体。SCMS能够在0.6秒内实现气膜的快速自我恢复，并将气膜的寿命延长至至少60天，且无需干预或能量输入（图1）。研究人员对这种毛细自吸气过程进行了理论分析，发现毛细作用的强度与网状表面结构尺寸紧密相关（图2）。同时毛细自吸气还受到水深、毛细条带宽度和液体表面张力等因素的影响。此外，研究人员还将这种方法扩展到深水环境中，通过添加潜水钟，SCMS的气膜在至少4bar的压力下仍能保持稳定（图3）。实验结果表明，SCMS具有优异的减阻效果，同时气膜损失后仍能通过毛细作用恢复其减阻效果。这项研究开发出一种能够长期稳定维持气膜的超疏水表面。这种方法不仅解决了现有技术中气膜再生需要持续能量输入的问题，还为深水环境中的应用提供了新的可能性。SCMS的开发为水下应用开辟了新的道路，尤其是在需要长期稳定气膜的领域，如水下设备、海洋航行等，具有重要的应用前景。 图1.莲藕启发的毛细自吸气超疏水网状表面 图2. 毛细作用过程理论分析 图3. 潜水钟策略实现深水环境下毛细自吸气 该工作受到国家自然科学基金（52350323）的支持。《Chemical Engineering Journal》是Elsevier出版社旗下的工程技术与化学化工领域刊物，主要目的是及时快速地报道工程领域化学反应工程、环境化学工程及材料合成应用等方面重要的科学研究成果和创新技术。最新影响因子IF=13.3。
我国学者研制出临界厚度塑料薄膜 2024-12-11 图 极薄聚乙烯加工。（a1）聚乙烯原料树脂。（a2）聚乙烯凝胶片。（a3）在挤出过程中，聚乙烯树脂及其溶剂的混合物被混匀、充分溶胀并解缠结。（b1）通过双轴拉伸制备的含溶剂的平方级聚乙烯极薄膜。（b2）一个34 cm2的聚乙烯极薄膜承载着一滴水。（c）使用台阶仪和原子力显微镜对极薄膜厚度进行交叉验证。（d）对极薄膜直接进行透射电子显微镜（TEM）观测。比例尺：50 nm。（e）低剂量-高清TEM对于极薄膜结晶结构进行观测。比例尺：5 nm。（f）聚乙烯薄膜达到近乎极限的超薄厚度。（g）工业上规模化生产的塑料薄膜最低厚度汇总。（h）实验室中超薄膜最大面积汇总 在国家自然科学基金项目（批准号：52233002、52103042、22341304）等资助下，四川大学高分子科学与工程学院傅强教授团队在超薄高分子加工研究中取得进展，成功通过拉伸加工制备出临界厚度仅为12 nm的聚乙烯隔膜，这也是目前世界上最薄的自支撑高分子材料。相关研究成果以“通过多步拉伸技术规模化生产聚乙烯极薄膜（Scalable production of critically thin polyethylene films via multistep stretching）”为题，于2024年11月1日在线发表于《自然•化学工程》（Nature Chemical Engineering）杂志上，论文链接：https://doi.org/10.1038/s44286-024-00139-w。 在现代工业和日常生活中，塑料薄膜是使用最为广泛的材料之一。数十年来，研究人员一直致力于降低薄膜的厚度，以提高体积效率并减少材料消耗，从而符合人类社会可持续发展的目标。如果在不降低薄膜性能和应用效果的前提下，将其厚度减少90%，将大幅减少塑料的使用量。然而，在保持薄膜性能的同时，能将厚度极限降低到多少？在自支撑情况下，塑料薄膜的厚度临界值在哪里？ 四川大学傅强教授团队长期专注于塑料制品定构加工与高性能化研究，通过加工新技术和方法调控塑料制品内部的多层次凝聚态，大幅提高制品的性能和功能。近期，团队向“最薄塑料薄膜”这一无人区进发。团队首先明确了其核心科学问题，即在超薄条件下，高分子的可加工性和热力学稳定性之间存在竞争关系。为解决这一矛盾，团队通过精确调控分子链缠结，确定了超薄聚乙烯材料的加工窗口。受食品工业的启发，团队参考“重庆荣昌铺盖面”（一道面皮既大又薄且味道鲜美的重庆特色美食汤面）制作过程中采用的“交替拉伸和松弛”的方法，开发出一种小幅度多步间歇拉伸加工技术（SAMIS），将拉伸薄膜的厚度推向极限，制备出厚度接近理论极限（12 nm）的塑料薄膜，这是目前为止报道的世界上最薄的塑料薄膜。聚乙烯极薄膜展现出一系列异于宏观状态下的新物理性质，如高机械强度（113.9 GPa/(g/cm3)）、异常的界面特性和接近1千万倍的长厚比。该研究为高性能极薄塑料薄膜的制备提供了理论基础和新方法，并在核聚变点火支持和薄型透气表皮传感器等前沿领域具有潜在应用价值。
Friction丨NiPS₃：一种具有超低摩擦系数的三元二维材料 2024-11-26 扫描二维码或点击文末“阅读原文”可阅读论文研究背景超低摩擦（Ultra-low friction）是指微观层面上摩擦系数小于0.01的状态。实现超低摩擦可以显著降低摩擦能耗、减少材料磨损、延长机械设备的使用寿命。随着微纳机电系统（M/NEMS）的小型化，对超薄厚度，特别是纳米级厚度的超低摩擦薄膜的需求日益增加。二维范德华材料由于具有原子层厚度、强的层内共价相互作用和弱的层间范德华相互作用，被视为一类新型的润滑材料。当前纳米摩擦学研究主要集中于单元素或双元素二维材料，包括石墨烯、黑磷、二硫化钼等，研究人员基于这些材料提出了许多摩擦磨损的微观机制。然而，对于三元乃至多元二维材料在摩擦学领域的研究却鲜有报道。三元二维材料相对于单元素以及双元素二维材料具有更为丰富的元素可设计性，有望为探究摩擦磨损的微观机制提供新的自由度。因此，寻找新的三元二维材料，探究其微观摩擦机制以及超低摩擦特性具有重要的研究意义。研究思路NiPS₃是一种新型的三元二维材料，属于MPX₃金属磷硫化物（M = Ni、Fe、Cr、Co、Mn、Zn、Cu、Co、Cd，…；X =S、Se和Te）的一员。这类材料具有高度的设计灵活性，可以加入多个II B或VI A元素，从而得到高熵二维材料。此外，由于比二元二维材料多了一种元素，它们为元素设计调控摩擦力提供了理想的基础。由于硫和磷具有较高的化学活性，在摩擦学中可能产生良好的抗磨减摩效果。此外，镍元素可能对摩擦有良好的影响。因此，NiPS₃是一种具有优异润滑性能的新型润滑材料。主要贡献本研究制备了高纯度、大尺寸的NiPS₃单晶材料，利用横向力显微镜系统地研究了NiPS₃的纳米摩擦学性能对层数、角度和速度的依赖性，并从接触界面的微观褶皱效应以及摩擦耗散能方面，对其微观摩擦机理进行了深入的分析。此外，通过降低摩擦环境的真空度， NiPS₃纳米片在高真空条件下可以实现超低摩擦，摩擦系数降低到0.0045。本工作中对三元二维材料纳米级摩擦的研究，为探索具有超低摩擦特性的新型二维材料以及为三元二维材料纳米摩擦学性的元素调控奠定了基础。潜在应用本研究中制备新型三元二维材料NiPS₃，可以在真空环境中实现稳定的超低摩擦，有望成为一种可以在太空环境中使用的润滑材料。作者简介邓浩宇，中国科学院兰州化学物理研究所在读博士生。研究领域包括二维材料的生长、微观摩擦学及摩擦电学。于童童，中国科学院兰州化学物理研究所副研究员，研究领域包括二维材料的生长、微/宏摩擦学及摩擦电学。王道爱，中国科学院兰州化学物理研究所研究员，主要从事材料摩擦磨损及表界面科学领域的研究。现任固体润滑国家重点实验室副主任，相关国家人才项目科技创新领军人才及基金委优秀青年基金获得者，获得国家自然科学二等奖1项、甘肃省自然科学一等奖1项。2018年入选科技部重点领域创新团队负责人，2019年入选中组部科技创新领军人才、山东省泰山学者特聘专家。编辑 | 徐军审核 | 解国新期刊简介Friction（《摩擦（英文）》）是清华大学主办的国内首个摩擦学领域国际学术期刊，旨在发表和出版涵盖接触、摩擦、磨损、润滑、表面粘着和界面科学跨学科的创新性研究论文及专题性综述文章，致力于为国内外摩擦学和表面界面科学领域的学者搭建一流的国际学术交流平台，促进摩擦学在中国和国际学术界之间的交流和发展。其2023年影响因子为6.3，五年影响因子为6.6，在Web of Science核心合集数据库机械工程领域180种期刊中排名第8位（前5%），稳居Q1区。2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划”领军期刊（全国共22项），2021年荣获“第五届中国出版政府奖期刊奖提名奖”。2022年变为月刊，年发文量120篇，在Springer平台和SciOpen平台同时完全开放获取出版。点击“阅读原文”可阅读论文高端装备界面科学与技术全国重点实验室电话：86-01062781379传真：86-01062781379E-Mail: sklt@tsinghua.edu.cn
兰州化物所力学性能可调控水凝胶制备方法研究获新进展 2024-11-26 具有湿软特性的水凝胶在仿生润滑、触觉感知、生物传感和柔性电子等领域受到广泛关注，但其性能调控大多具有“配方依赖”性。近日，中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料重点实验室受自然界中广泛存在的图案化异质结构（如昆虫翅膀和植物叶脉等）启发，发展了一种图案化水凝胶（CSN水凝胶）方案实现了其多属性、宽范围的力学性能调控。如图1所示，研究人员以光固化聚（N-丙烯酰甘氨酰胺）（PNAGA）水凝胶作为软基质，通过先浸泡N-丙烯酰基氨基脲（NASC）前驱体溶液再以选区曝光构建图案化硬骨架（PNAGA@PNASC），然后经后续水平衡过程中的相转化诱导氢键重构实现软基质和硬骨架的无缝互锁，发展了具有局部互穿网络的图案化硬骨架强化水凝胶。图1. 图案化水凝胶的制备该方法制备的CSN水凝胶能够在软基质凝胶基础上，通过图案化设计（包括图案形状、图案参数、图案化比例等）实现了其机械性能的增强和调控。研究人员通过对预制缺陷下的裂纹扩展行为实验、循环拉伸实验、穿刺实验和落球实验对所制备的图案化CSN水凝胶的力学性能进行了系统研究，结果表明，其韧性可在0.15-18 kJ m-2（120倍）、模量在0.32-5.92 MPa（19倍）内进行调控（图2），并展现出优异的预制缺陷扩展和形变不敏感以及抗冲击等特性（图3），为适应不同应用需求及其应用过程中的自适应性提供了有效的解决方案。图2. 图案化水凝胶的宽范围机械性能调控图3. 图案化水凝胶的性能强化与应用前景相关研究工作以“Sculpting mechanical properties of hydrogels by patterning seamlessly interlocked stiff skeleton”为题发表在Advanced Functional Materials（2024,2417477,https://doi.org/10.1002/adfm.202417477）上。兰州化物所联合培养的石河子大学化学化工学院硕士研究生朱彬（现深圳大学化学与环境工程学院博士生）为论文第一作者，兰州化物所王晓龙研究员、Institut Jacques Monod博士后蒋盼和深圳技术大学助理教授张智星为共同通讯作者。该工作得到中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。
Desalination：具有优异机械、化学和防冰性能的有效海水淡化氟化三元聚合物基材料 2024-11-25 托伦尼古拉斯·哥白尼大学Artur P. Terzyk教授Desalination：具有优异机械、化学和防冰性能的有效海水淡化氟化三元聚合物基材料引用格式：Zou X, Wang F, He J, et al. Hypothesis: A sustainable dynamic anti-icing surface with the potential for rapid rechargeability[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2024.冰的积累给许多行业带来了重大挑战。虽然动态防冰表面（DAIS）在减缓冰的形成和粘附方面显示出了潜力，但其实际应用往往受到液体快速扩散和缺乏可重复使用性的限制。克服这些限制对于解决与冰管理有关的环境和经济问题至关重要。在这项研究中，我们介绍了一种新的方法，通过将β-环糊精（β-CD）掺入聚二甲基硅氧烷（PDMS）硅橡胶中，从而能够创建具有快速可充电性潜力的可持续DAIS。β-CD外表面上存在的多个羟基促进偶极-偶极相互作用和氢键，特别是与极性分子如乙醇和异丙醇的氢键。这将表面转变为可充电系统，能够在液体补充后仅10分钟内恢复其低冰粘附功能。当冰在表面上形成时，该系统通过浓度梯度动态地响应环境变化，控制液体的释放并改变表面特性。这些保留的液体有效地降低了冰点，融化了冰，破坏了冰的结构，将固-液界面转化为液-液界面。DAIS有效地改变了冰-基质的相互作用，并在低至-18 ℃的温度下提高了性能。通过优化β-CD的质量比和液体处理，特别是异丙醇，我们实现了0.6 kPa的超低冰粘附强度，即使在35天后仍保持稳定。这项研究在可持续的、快速充电的DAIS的开发方面取得了重大进展，为各行业的应用提供了巨大的潜力。图1.膜的横截面（A1,A2-E1,E2）和顶表面（A3-A5-E3-E5）的SEM图像。图2. 所研究膜的AFM总结（扫描面积10×10μm）。图3.方程的拟合结果。图4.冻结阶段和地表温度变化的动态。图5. 所研究表面的WCA (T = 25◦C) (A)，以及回热时间（trec）与抗拉强度（σ） (B)、韧性模量Kf (C)冻结阶段持续时间（tfreeze -trec）和韧性模量Kf (D)冻结阶段持续时间（tfreeze -trec）和杨氏模量e之间的相关性。图中显示了液滴各自状态的图像。总结与展望综上所述，成功制备了膜蒸馏专用的平面结构聚四氟乙烯-共六氟丙烯-共偏偏偏氟乙烯（THV）基膜，并对其进行了系统表征。此外，通过将THV与生物聚合物添加剂（即壳聚糖）进行简单的物理混合来修饰膜。考虑到THV相关研究资料的缺乏和本研究的基本特点，分别对原始壳聚糖和功能化疏水壳聚糖进行了改性。调整了膜形成的实验方案，以生成高度稳定和有效的膜蒸馏专用材料。采用NIPS和VIPS两种方法，但只有通过VIPS技术制备的膜具有满意的参数。此外，通过实施VIPS方法，可以调整材料的粗糙度，疏水性和形貌。与原始THV样品相比，所有改性材料都具有升级的特征。在最低和最高驱动力下，THV + CSLMm膜的水渗透通量从原始膜的8.40±0.50 kg m−2 h−1提高到15.84±0.84 kg m−2 h−1和38.42±0.93 kg m−2 h−1。在不发生壳聚糖泄漏的情况下，材料在长时间（60 h）内的稳定性。考虑到抗冰性能，所有材料的凝固机理都是相同的，并且可以用动态生长角模型很好地描述。结冰过程的动力学取决于膜的修饰。在拉伸强度σ和韧性Kf值之间发现了新的相关关系。在THV中加入壳聚糖，可以延长THV的回光时间和抗结冰性能。冻结期持续时间缩短。LEP值与复光时间呈线性相关。然而，这种相关性的普遍性还有待更深入的研究。结果清楚地表明，为了增加冻结阶段的持续时间，应该引入降低而不是增加韧性Kf的添加剂。这将是未来研究的主题，并将结果报告。指出，通过适当选择聚合物基体和填料/添加剂，甚至通过简单的物理改性来增强原始材料的特性，可以生成高度稳定的材料。这种材料可以有效地用作防冰罩，特别是在冻结气氛中的短接触（到再发光阶段）。从膜科学的应用来看，所生成的材料可用于去除MD工艺中的VOCs（低临界液体表面张力值低至19 mN m−1）。此外，在致密材料的情况下，它们可用于热蒸发或气体分离（由于高胺部分，这些材料可用于CO2捕获）。原文链接：https://doi. org/10.1016/j.desal.2023.117227相应的成果以“Toward effective fluorinated terpolymer-based materials for desalination with superior mechanical, chemical and anti-icing features”为题发表在 Desalination上，文章的通讯作者托伦哥白尼大学碳材料物理化学研究组化学系Artur P. Terzyk教授。END图文来源：殷 ;亮责任编辑：贾洋洋审核：何强、许渊投稿邮箱：aystar@cafuc.edu.cn中国民用航空飞行学院何强教授团队依托高高原航空安全验证实验室与四川省全电通航飞行器关键技术工程研究中心等省重平台，主要研究方向为表面防除冰，航空橡胶密封等。欢迎相关文献投稿，交流合作。便于课题申报，学术交流，特此建立一个《超疏水防冰领域技术交流三群》，诚挚邀请各位专家老师进群交流。同时本群会收集关于超疏水防除冰领域中具有显著影响力的研究成果和最新技术，并在《超疏水防冰表面研究站》公众号发布。进群请扫描下方群二维码。 ;添加群二维码，大家一起探讨 ;群管理员 【声明】版权归原作者所有，部分资料可能来源于网络，由于水平有限难免出现偏差，感兴趣者可点击左下角阅读原文，感谢您的支持和关注。欢迎您提出宝贵建议，任何事宜请联系后台管理员。
清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室刘宇宏教授课题组：二维ZIF-8的电控超滑行为研究 2024-11-21 近日，清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室刘宇宏教授课题组基于复杂电场环境下粘附调控和面外变形调控的耦合效应，对ZIFs的电控超滑行为进行了系统解析，提出了一种高效、便捷的外加电场调控摩擦行为的策略。成果以“Electrotunablesuperlubricity of two-dimensional ZIF-8”为题发表在国际学术期刊《Carbon》(2025, 232, 119803)。论文第一作者为清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室博士生李昱昕，通讯作者为清华大学刘宇宏教授和上海大学王鲲鹏副教授。研究背景 ; ; 电场控制可以主动、动态、可重复地影响界面摩擦行为。由于实际应用环境的复杂性和可变性，基于单一影响机制的电控摩擦方法是不够的。为更好地适应应用场景中各种带电工作环境，亟需研究多种机制对电控超滑行为的耦合效应。随着材料科学的不断发展，固-固接触电致摩擦和电控摩擦的研究体系已从传统的碳材料（如石墨）和无机材料（如二硫化钼）转向半导体材料和复合材料。近年来，无机-有机杂化结构的出现，使固体超润滑领域从二维无机材料扩展到有机杂化分子，其中二维ZIF-8丰富的电学性能使其成为一种有望应用于机电设备的极具发展前景的新型润滑材料。研究成果 ; ; 刘宇宏教授课题组对纵向电场和横向电场作用下二维ZIF-8的电控超滑行为进行了研究，实现了摩擦系数跨数量级变化（μ:0.0037~0.0124）（图1a-b）。通过实验和仿真得出，电场对二维ZIF-8润滑性能的调节机制可归结为粘附调节与面外变形调节的耦合效应：锚定效应的减弱降低了探针与二维ZIF-8之间的粘附（图1c-d）；纵向电场作用下界面电荷的紧密结合以及横向电场作用下晶格拉伸引起的表面刚度的增加（图1e-j），都抑制了摩擦引起的褶皱变形。 ; ; ZIFs独特的无机有机杂化结构、高配位态和强大的电场-功能调节潜力，使得ZIFs表面超润滑的主动、动态和可重复控制成为可能，有望将其用作电子设备（如NEMS/MEMS）中的减摩层和抗磨层。此外，基于电场调控机制，我们得以更深入地理解ZIFs的微观摩擦行为以及诸多调节机制的耦合效应对润滑性能的影响（图2），并通过优化ZIFs的电学和力学特性推进其作为高性能超润滑材料的应用进程。二维ZIF-8的电控超滑特性有助于实现带电工况下机电系统摩擦界面的快速灵活调节，照亮了智能控制的未来发展之路。图1 （a）纵向电场和（b）横向电场下的微观摩擦实验结果，（c）纵向电场和（d）横向电场下的体系能量，（e-j）横向电场下的原子摩擦图图2 （a）纵向电场和（b）横向电场对二维ZIF-8表面超润滑的调控机制。 ; ;该工作受到国家自然科学基金（52350323，52105194），国家资助博士后研究人员项目（GZB20230340），高端装备界面科学与技术全国重点实验室摩擦学科学基金（Grant No. SKLTKF23A04）和中国博士后科学基金（2023TQ0184，2023M731941）的支持。 ; ;《Carbon》是Elsevier出版社旗下材料科学领域的国际多学科期刊，专注于碳材料和碳纳米材料领域的科学进展，包括低维碳基纳米结构。最新影响因子IF=10.5。编辑 | 徐军审核 | 解国新点击“阅读原文”可阅读论文高端装备界面科学与技术全国重点实验室电话：86-01062781379传真：86-01062781379E-Mail: sklt@tsinghua.edu.cn
论文推荐 | 中国矿业大学（北京）黄啸副教授团队：基于坡缕石制备的稳定超双疏涂层 2024-11-20 Preparation of Stable Superamphiphobic Coatings Based on Palygorskite基于坡缕石制备的稳定超双疏涂层本文为中国矿业大学（北京）黄啸副教授团队撰写发表在《中国表面工程》2024年第37卷第4期的研究论文，题为“基于坡缕石制备的稳定超双疏涂层”。水、油接触角大于150°的超双疏表面，因其在防污、防粘、防腐、自清洁和管道运输等方面具有巨大的应用潜力而备受关注。但因为超双疏表面结构的脆弱性，目前制备出的超双疏涂层仍具有稳定性不足和价格高昂的问题。鉴于此，中国矿业大学（北京）黄啸副教授团队在《中国表面工程》2024年第37卷第4期发表研究论文《基于坡缕石制备的稳定超双疏涂层》，使用溶胶-凝胶法在坡缕石（palygorskite, pal）表面原位生长二氧化硅（SiO2）并进行氟化改性，制备高含氟量的pal@SiO2-F填料，利用分层喷涂的方法将pal@SiO2-F填料与聚二甲基硅氧烷（PDMS）结合，制备出具有超双疏性的PDMS / pal@SiO2-F涂层。01引用格式高兴华，黄啸，张晓强，王欣，许春玲. 基于坡缕石制备的稳定超双疏涂层[J]. 中国表面工程，2024，37(4)：151-160.GAO Xinghua, HUANG Xiao, ZHANG Xiaoqiang, WANG Xin, XU Chunling. Preparation of Stable Superamphiphobic Coatings Based on Palygorskite[J]. China Surface Engineering, 2024, 37(4): 151-160.02论文创新点本文研究选择微米级的无规则 pal 颗粒作为 pal@SiO2-F 填料制备的前驱体，选用具有优异粘结强度、耐蚀性和弹性的PDMS作为粘结剂。为了获得具有低表面能、高纳米粗糙结构的功能填料，采用改性溶胶-凝胶法，在pal颗粒表面生长纳米级的 SiO2粗糙结构，随后利用1H, 1H, 2H, 2H-全氟癸基三乙氧基硅烷（PFDTES）对pal@SiO2颗粒进行氟化改性，以获得表面具有高氟含量的pal@SiO2-F填 料。通过粘结剂、填料分层喷涂制备了一种具有优异稳定性的PDMS / pal@SiO2-F 超双疏涂层。涂层在浸泡、腐蚀和自清洁等测试中展现了优异的拒液性、耐腐蚀性、自清洁性和防污性，拥有在复杂油、污环境中应用的潜力。03重要结论 ; ; 01选用成本较低的微米级无规则 pal 颗粒作为前驱体，使用溶胶-凝胶法，以微米级颗粒为基础，在其表面原位生长纳米二级结构，并进行氟化改性，制备了高含氟量pal@SiO2-F填料。02引入 PDMS作为粘结剂，增强pal@SiO2-F填料与基底结合力，通过简单的分层喷涂方法，充分发挥粘结剂与填料各自的优势，制备了具有稳定性能的PDMS / pal@SiO2-F 超双疏涂层。涂层对多种液体表现出良好的超双疏性，其中水、白矿油接触角分别达到160°和158.2°。03得益于精密的表面结构设计，粘结剂固定微米颗粒，微米颗粒为纳米结构提供保护作用，使得涂层在经历油浸、腐蚀性测试后，双重粗糙结构不被破坏，仍能稳定地捕获气垫，表现出良好的疏油疏水性能。 04涂层缺乏极端工况下的性能测试，在极端条件下的性能表现仍有待验证。04课题组简介论文主创高兴华第一作者，中国矿业大学（北京）在读硕士研究生，主要研究方向为超双疏涂层的制备及应用。黄 ; 啸中国矿业大学（北京）机械与电气工程学院副教授，中国电工学会电子束与离子束专委会委员，先后主持国家自然科学基金、中国航发、中国航天科工、清华大学、积水潭医院等项目10余项。主要研究方向为航空航天关键零部件表面耐磨、耐疲劳理论设计与模拟、石油矿山仿生功能涂层等。王 ; 欣博士，研究员，北京航空材料研究院表面工程所副所长，中国航发科技委热工艺专委会委员，表面改性技术组组长，中国机械工业学会喷丸强化和磨料丸料专委会副主任。长期从事高强度金属材料和结构机械喷丸、孔挤压、激光冲击等表面形变强化工艺与疲劳性能研究。发表期刊论文100余篇，授权受理专利超60项。主持两机专项基础研究、自然科学基金面上项目等项目十余项，获国防奖三等奖两次（第一完成人），中国航空学会发明奖一等奖（第二完成人），2018 年获首届“中国宋庆龄基金会中国航发人才成长奖”。来阅读本文责任编辑：吴 ; 桐责任校对：梁福军审 ; ; ;核：张 ; 强 ;长按图片，识别二维码，关注我们吧中国表面工程中文、中国科技核心期刊ESCI、EI、Scopus等收录文章推荐/稿件查询/期刊游览
兰州化物所光固化3D打印高性能聚氨酯弹性体研究获新进展 2024-11-14 聚氨酯弹性体是一类具有优异机械性能的高分子材料，其独特的软段结构提供了良好的弹性和柔韧性，而硬段结构则赋予了其高的强度和耐磨性。这种相分离结构使性能各异的聚氨酯弹性体在汽车、医疗、电子和纺织等领域得到了广泛应用。然而，传统的聚氨酯弹性体加工方法，如注塑和浇注，通常需要较高的温度和压力，且模具制造复杂、成本高。而光固化3D打印技术（Vat Photopolymerization 3D Printing）具有快速成型、高精度和复杂结构制造能力，使之成为制造聚氨酯弹性体的理想方法。近日，中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料重点实验室3D打印摩擦器件组在光固化3D打印高性能聚氨酯弹性体研究方面取得重要进展。研究人员通过调控光敏聚氨酯预聚物的化学结构发展了具有优异光固化3D打印成形能力的高性能聚氨酯弹性体材料，构筑了机械承载稳定性的生物医用支架和具有仿生双梯度结构的阻尼减振、消音降噪等概念性功能器件。研究人员通过在聚氨酯前驱体中引入了脲基和酯基，发展了多重氢键诱导的可快速光固化3D打印的超分子聚氨酯弹性体，获得的弹性体具有优异的高弹性、高强度、韧性以及良好的生物相容性和血液相容性。具有高精度光固化3D打印性能的聚氨酯弹性体综合了高性能与快速结构制造方面的优势，为具有优异抗压缩承载能力和机械稳定性等特性的复杂柔性结构生物医疗器械的制造提供了新的材料技术方案。多氢键诱导的光固化3D 打印聚氨酯弹性体及生物医用支架另外，受向日葵髓双梯度结构启发，研究人员采用光固化3D打印聚氨酯弹性体设计构筑了具有孔径和壁厚双梯度变量的仿生双梯度结构聚氨酯。这种仿生双梯度结构聚氨酯具有选择性的抗屈曲性以及各向异性的机械性能和耗散行为，有效提升了其比强度、能量吸收和抗撕裂性特性，解决了传统多孔泡沫材料性能调控难、功能单一等问题，在阻尼缓冲减振和消音降噪等领域具有很好的应用潜景。光固化3D打印聚氨酯弹性体结构设计与仿生双梯度结构制造策略仿生双梯度结构聚氨酯缓冲减振和消音降噪功能演示上述研究丰富了高性能光固化3D打印聚氨酯弹性体材料的种类及其在功能结构器件定制化制造方面的应用探索，为其在生物医疗、柔性电子、摩擦密封等领域的应用拓展提供了材料和技术基础。相关研究成果分别以“Multiple H-bonds Induced Mechanically Robust Vat Photopolymerization 3D Printing Poly(urethane-urea) Elastomers”和“Sunflower Pith Inspired Dual-Gradient Cellular Polyurethane Architecture with Amplified Mechanical Functions”为题发表在Materials Horizons（Materials Horizons,2024,https://doi.org/10.1039/D4MH01191K）和Chemical Engineering Journal（Chemical Engineering Journal,2024,500,156740）上。石河子大学联培博士生杨星星和中国科学院大学博士生白常成分别为论文第一作者，兰州化物所刘德胜助理研究员和王晓龙研究员为共同通讯作者。上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院“西部之光”创新团队、中国科学院特别研究助理资助项目、兰州化物所重点培育项目和甘肃省科技计划等项目的支持。
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