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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

我国学者提出无铅压电陶瓷电致应变新机制 2025-03-07 图 (a) KNN陶瓷应变响应与厚度的独特依赖关系；(b) 氧空位在压电陶瓷中的非均匀分布；(c) 压电材料中氧空位在电场下的跃迁行为；(d) 本工作与其他钙钛矿型压电材料的电致应变性能对比 在国家自然科学基金项目（批准号：52388201、52032005）等资助下，清华大学王轲研究员与合作者在无铅压电陶瓷电致应变响应机制方面取得进展。相关研究成果以“化学压电效应诱导无铅压电陶瓷高电致应变（High electrostrain in a lead-free piezoceramic from a chemopiezoelectric effect）”为题，于2025年2月26日在线发表于《自然·材料》（Nature Materials），论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-024-02092-8。现任国际铁电学会主席、洛桑联邦理工学院名誉教授Dragan Damjanovic在同期评述中给予高度评价，认为该研究是“铁电材料中理解和利用缺陷诱导电致应变的关键一步”。 压电驱动器凭借快速响应和高精度位移特性在全球市场中占据重要地位，其核心性能指标——电致应变尤为关键。然而，无铅压电陶瓷的电致应变普遍低于1%，成为制约其在驱动领域应用突破的主要瓶颈。 王轲研究员团队通过调控非对称分布氧空位缺陷的跃迁行为，在铌酸钾钠（KNN）无铅压电陶瓷中成功诱导出高达1.9%的电致应变（压电常数超过6300 pm/V），相较于传统方法制备的KNN陶瓷应变提升了近50倍。研究团队综合利用同位素示踪、脉冲射频辉光放电原子发射光谱、分子动力学计算以及相场模拟等多种先进表征与分析手段，揭示了氧空位的非均匀分布与短程跃迁在高电致应变响应中的关键作用：氧空位在电场作用下的非均匀分布可引起材料表面晶胞体积的显著变化，从而诱导电致应变的巨大提升。研究团队创新性地提出“化学压电效应（Chemopiezoelectric effect）”这一概念，用以描述压电材料中本征压电效应、铁电畴翻转、电致伸缩以及氧空位短程跃迁共同作用下的复杂电致应变响应行为。 本研究不仅揭示了压电陶瓷中氧空位的非均匀分布特征及其短程跃迁机制，还深入阐明了缺陷状态与材料性能的构效关系。该材料展现出优异的频率稳定性、温度稳定性和抗疲劳特性，这表明其在多层驱动器领域具有广阔的应用前景，有望为高性能压电驱动技术的发展提供重要的理论支撑与材料基础。
我国学者在深渊鱼类演化和适应性研究领域取得新进展 2025-03-07 图1 深海鱼类基本信息图示 图2 深渊鱼类重要的深海适应性机制 在国家自然科学基金项目（批准号：42330405）等资助下，何舜平研究员领导的中国科学院水生生物研究所、深海科学与工程研究所和西北工业大学团队在深渊鱼类演化和适应性领域取得新进展。研究成果以“Evolution and genetic adaptation of fishes to the deep sea （鱼类对深海的进化和遗传适应）”为题，于2025年3月6日在线发表于《细胞》（Cell）。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.01.002。 深渊环境是地球上最极端且恶劣的生态系统之一，静水压力超过600 atm，长期被视为“生命的禁区”。深渊鱼类作为唯一适应极端高压、永久黑暗、近冰点低温、低氧高硫及寡营养环境的脊椎动物类群，是研究生命极限与进化适应的关键模型，其独特性揭示了深海生态系统的孤立性和脆弱性。然而，早期研究多聚焦于单一物种，导致对脊椎动物深海适应的普适机制仍缺乏系统性认知。 为填补该领域研究空白，何舜平团队联合国内多家优势单位，通过开展多次深海科考航次，采集了覆盖不同深度的11种深海鱼类样本，构建了环太平洋深渊鱼类基因组资源库，揭示了脊椎动物突破高压生存禁区的适应性重塑和演化轨迹。研究发现少数深海鱼类类群早于1亿年前已开始适应深海环境，而现存大多数物种是在白垩纪末期大灭绝事件后向深海扩散。深海鱼类具有较低的基因突变速率。与DNA修复及细胞膜功能维持相关的自然选择信号表明深海鱼类对黑暗环境呈现出多层次的适应性演化。此外，在超深渊狮子鱼体内检测到极高浓度的多氯联苯（PCBs，一种人工合成污染物），表明人类活动污染物已侵入超深渊生态系统。 以上发现不仅阐释了深海鱼类适应极端环境的分子机制，更警示了人类活动对地球最深生态系统的深远影响，凸显深海环境保护的紧迫性。对这类“暗黑生命”的研究，既拓展了生命科学的认知边界，也可能成为人类应对能源、医疗及环境挑战的潜在钥匙，为可持续发展提供启示。
兰州化物所高熵陶瓷界面固-液复合超润滑研究获新进展 2025-03-03 超润滑技术因其极低的摩擦系数（<0.01）而成为近年来摩擦学领域的研究热点。由固体添加剂/薄膜与液体润滑剂协同构建的固-液复合润滑体系，通过材料优势互补效应，为实现兼具超低磨损和长寿命的超润滑状态提供了新方法。虽然水基超润滑材料具有诸多优势，但其对金属摩擦副的腐蚀问题会影响超润滑状态的长期稳定性。为此，中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料全国实验室研究团队近期提出了一种基于摩擦催化效应的“固-液复合超润滑”策略，基于天然有机酸植酸和高熵陶瓷涂层的协同作用实现了优异的减摩抗磨性能，有效地避免了水基润滑剂的腐蚀问题。通过磁控溅射技术在轴承钢表面沉积了(CrNbTiAlV)N高熵陶瓷薄膜（图1），表现出优异的力学性能并提供了丰富的反应位点。此外，在摩擦过程中高熵陶瓷表面还形成了一层钝化层，可有效防止水基润滑剂对钢基体的腐蚀。经测试，该固-液复合超润滑体系可在125万次往复摩擦循环中持续保持超润滑状态，摩擦系数低至0.0037，磨损率约为3.032×10−10mm3/(N·m)。摩擦过程中原位形成了平均粒径约为7.3nm的高熵陶瓷纳米晶体，这些纳米晶体促进了植酸分子的水解，生成了肌醇多磷酸（或肌醇）和磷酸分子。通过分子动力学模拟进一步证明，肌醇和磷酸在滑动过程中可有效降低摩擦阻力，从而在宏观尺度上实现固-液复合超润滑（图2）。该研究证实了摩擦催化效应在超润滑中的作用，为设计高性能固-液复合超润滑系统提供了新策略。图1.固-液复合润滑系统的超润滑性能及其润滑机制图2.分子动力学模拟该研究工作以“Macro-superlubricity Induced by Tribocatalysis of High-Entropy Ceramics”为题发表在Advanced Materials（2025,37,2413781）上，兰州化物所杜长合博士生、于童童副研究员和维也纳工业大学博士后隋旭东为论文第一作者，王道爱研究员为通讯作者。以上工作得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、中国科学院重点研究计划、甘肃省重大科技专项等项目的支持。
兰州化物所与德国于利希研究中心合作在多尺度橡胶磨损研究获新突破 2025-02-28 轮胎磨损是聚合物颗粒污染物的最大来源。随着汽车工业与交通运输业的快速发展，了解橡胶磨损的起源或机理是一项重要的研究课题。传统研究依赖经验性磨损系数估算，始终未能建立基于物理原理的定量预测理论框架，导致轮胎新产品开发一直延用"试错优化"模式。针对橡胶磨损理论模型缺失的难题，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与德国于利希研究中心通过融合Persson接触力学理论与能量耗散理论，在国际上首次构建了多尺度粗糙表面橡胶磨损定量预测模型。研究团队创新提出"应力概率分布-弹性能量存储"多物理耦合模型，首次建立磨损率与材料特征参数（黏弹性模量、断裂能）及基底表面形貌特征参数（粗糙度功率谱）的普适性方程，突破传统经验公式的尺度局限性。该模型成功实现橡胶磨损率和磨损颗粒尺寸分布的定量预测。上述成果以封面文章形式发表在Journal of Chemical Physics，并被遴选为Featured Article。截止目前，已在多个国际网站报道。文章第一作者兼通讯作者B.N.J. Persson博士自2023年起受聘为兰州化物所兼职研究员，其建立的Persson接触力学理论体系为本次突破奠定基础。以上工作得到了中国科学院战略性先导科技专项（B类）、日本横滨橡胶公司国际合作项目的支持。
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
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