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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

我国学者在超导量子计算领域取得进展 2025-03-06 图 祖冲之三号芯片示意图 在国家自然科学基金项目（批准号：92476203）等资助下，中国科学技术大学潘建伟教授团队及其合作者在超导体系量子计算方面取得了新进展。相关成果以“以基于105量子比特的“祖冲之”三号处理器建立量子计算优势新基准（Establishing a New Benchmark in Quantum Computational Advantage with 105-qubit Zuchongzhi 3.0 Processor）”为题，于3月3日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)，论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.090601。 量子计算优越性（Quantum Supremacy）是指量子计算机在特定任务上能够超越经典计算机的能力，主要体现在计算速度的加快、新算法的高效开发等方面，因此对其的验证是量子计算应用价值的重要前提。中美在这一领域竞争激烈，交替领先。2019年，谷歌首次宣布实现量子计算优越性，其53比特“悬铃木”处理器在200秒内完成的随机线路采样任务，模拟需约一万年。然而，2023年，中国科学技术大学利用1400余块A100 GPU仅用14秒完成同样任务，推翻了谷歌的声明。2020年，中国科学技术大学在“九章”光量子计算原型机上实现了国际首个严格证明的量子计算优越性，2021年在“祖冲之二号”处理器上实现了超导体系的首个证明。2023年，中国科学技术大学研发的“九章三号”量子处理器在量子优越性方面超越经典超算16个数量级，而谷歌的67比特“悬铃木”处理器在2024年10月实现超越经典超算9个数量级。 研究团队在“祖冲之二号”的基础上成功研发出“祖冲之三号”，实现了105个数据比特和182个耦合比特的显著提升，量子比特相干时间达到72微秒，单比特门保真度为99.90%，两比特门保真度为99.62%，并行读取保真度为99.13%，综合性能达到国际领先水平。在“祖冲之三号”上完成的83比特32层随机线路采样显示，其计算速度比最强超算“前沿”快15个数量级，并超过谷歌最新成果6个数量级，展现出超导量子计算的强大优势。该研究不仅为量子优越性的实现奠定基础，还为量子纠错、量子纠缠等领域的进一步探索提供了重要支持。美国物理学会在《物理》（Physics）杂志上特别刊发观点论文，强调该研究的创新性和重要意义，认为其构建了目前最高水准的超导量子计算机，标志着对66比特处理器的重大升级。
我国学者在肿瘤病理影像微观信息解析算法方面取得突破 2025-03-06 图 HistoCell算法框架（a）及其对肿瘤病理影像相关细胞类型信息的预测精度（b） 在国家自然科学基金项目（批准号：T2341008）等资助下，清华大学北京市中医药交叉研究所李梢教授课题组，在智能解析中西医病理影像微观信息，促进肿瘤精准防治方面取得研究进展。研究成果以“系统推断组织病理图像中的超分辨率细胞空间分布谱（Systematic inference of super-resolution cell spatial profiles from histology images）”为题，于2025年2月21日在线发表在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-57072-6。 通过人工智能算法解码病理影像特征与临床宏观表型、微观细胞信息之间的关联性，揭示肿瘤等复杂疾病的中西医诊疗规律，是当前医学影像领域的研究热点。本研究提出了一种基于弱监督学习框架的病理影像-细胞网络关系推断新算法——HistoCell。该算法通过全面表征病理形态特征与空间拓扑特征，结合嵌入细胞水平的层次化编码规律，在单细胞尺度上实了现病理微观信息空间关联网络识别，拓展了病理影像相关微观信息的解析范围。研究团队将HistoCell算法应用于胃癌早期预警、乳腺癌等预后风险分析以及肿瘤化疗药物响应预测等多个临床诊疗场景，验证了其在中西医影像组学数据挖掘及促进复杂疾病精准防治方面的应用潜能。
我国学者在合成生物基因调控序列智能设计领域取得进展 2025-02-28 图1 跨物种基因调控序列的逆向设计 图2 基于TFBU的增强子模块化建模与智能设计 在国家自然科学基金项目（批准号：62250007、62225307）等资助下，清华大学自动化系汪小我教授团队在合成生物基因调控序列智能设计取得进展，系列研究成果连续发表两篇论文：（1）以“系统表示与优化实现细菌跨物种调控序列的逆向设计（Systematic representation and optimization enable the inverse design of cross-species regulatory sequences in bacteria）”为题，于2025年2月19日发表于《自然•通讯》（Nature Communications）期刊上。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-57031-1；（2）以“通过引入和利用转录因子结合单元对增强子进行建模和设计（Modeling and designing enhancers by introducing and harnessing transcription factor binding units）”为题，于2025年2月8日发表于《自然•通讯》（Nature Communications）期刊上。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56749-2。 针对生物制造中基因线路跨宿主适配性差的瓶颈问题，研究团队从信息编码角度出发，将功能调控序列表征为DNA序列空间中的条件概率分布，发现跨物种调控规律隐含于不同物种条件概率分布的交叠区域；通过整合数千物种的百万级功能序列数据，构建了跨越物种边界的DNA高维语义表征空间和智能生成模型，突破了天然元件的物种屏障，实验结果表明：该模型在大肠杆菌和铜绿假单胞菌中实现了93.3%的跨宿主序列适配准确率（图1）。此外，针对哺乳动物细胞基因增强子定量建模难题，提出了一种新的转录因子结合单元（TFBU）模型；该模型将转录因子的核心结合位点与其周围环境序列作为一个功能整体进行建模，突破了传统方法仅关注结合位点局部组合、忽视序列上下文全局效应的局限，成功量化了环境序列对转录因子结合和增强子活性的影响，为基因治疗等新型疗法开发提供了新的工具（图2）。 系列研究将智能模型驱动的数字进化与主动学习驱动的合成生物实验相结合，通过“虚拟世界”与“物质世界”的协同探索和闭环迭代优化，显著提升了合成生物序列的设计效率。
我国学者基于嫦娥六号月壤岩屑在月球发电机研究方面取得进展 2025-02-17 图 嫦娥六号月壤岩屑磁场分析表明月球在28亿年前存在相对活跃的磁场发电机 在国家自然科学基金项目（批准号：42241101、42388101和42488201）等的资助下，中国科学院地质与地球物理研究所朱日祥院士、潘永信院士、邓成龙研究员、蔡书慧副研究员等人联合中国科学院国家天文台李春来研究员团队，对嫦娥六号月球背面采样返回的毫米级玄武岩岩屑样品开展磁学研究，并发现月球在28亿年前存在相对活跃的磁场发电机。相关结果以“嫦娥六号玄武岩揭示增强的月球发电机（A reinforced lunar dynamo recorded by Chang'e-6 farside basalt）”为题，于2024年12月19日在线发表于《自然》（Nature）。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08526-2。 磁场发电机的演化过程对于揭示星球的内部结构、热历史以及表面环境具有重要意义。卫星观测和月表实测结果显示现今的月球没有全球偶极磁场，但月壳中存在大规模的磁化现象。这表明月球可能曾有过发电机磁场，或撞击磁场。前人对阿波罗返回样品的古地磁研究发现月球在距今42–35亿年存在一个相对活跃的发电机（强度可达几十微特），约31亿年下降了一个数量级（维持在几微特的强度），15–10亿年强度再次下降，最终在10亿年的某个时刻月球发电机完全停止。目前发表的月球古磁场强度数据主要在30亿年前，缺乏中晚期演化过程的约束。此外，已有的月球发电机强度分析数据均来自月球正面返回样品。月球古磁场时空分布信息的缺乏，导致了关于月球磁场的持续时间、几何形态和驱动机制等研究存在较大争议。 为此，该研究团队对嫦娥六号月球背面采样返回的4颗毫米级玄武岩岩屑开展了详细的古磁场强度、岩石磁学和显微学分析。研究结果显示，月球磁场可能在28亿年前发生了反弹，与此前研究认为的月球发电机强度在31亿年前急剧下降之后一直处于低能量状态不同。这表明，月球发电机在早期急剧下降后可能重新激活，其原因可能是月球发电机主要能量来源发生变化或初始驱动机制再次增强。对比不同发电机模型模拟结果，嫦娥六号岩屑的古强度与基底岩浆洋模型产生的场强最为一致。考虑到约束模型的参数存在较大不确定性，进动磁场发电机也是可能的驱动机制，亦或是二者共同驱动了月球发电机的运行。此外，其他机制（如核结晶）也可能为月球发电机提供补充能量。 该研究成果为认识月球发电机时空演化和能量来源提供了关键约束，并为未来月球探测任务寻找可能的磁场倒转提供了重要参考。
我国学者与海外合作者在火星电离层电流体系研究方向取得进展 2025-02-17 图 火星空间磁层-电离层电流体系示意图 在国家自然科学基金项目（批准号：42304186、42388101）等资助下，中国科学院地质与地球物理研究所高佳维助理研究员、戎昭金研究员等与海外合作者基于MAVEN卫星的磁场数据，首次揭示了火星电离层电流的分布规律。相关成果以“火星电离层高度的两个电流体系（Two distinct current systems in the ionosphere of Mars）”为题，于2024年11月9日发表在《自然 通讯》（Nature Communications）。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54073-9。 电离层电流在控制带电粒子运动方面起着关键作用，并影响行星离子逃逸、恒星与行星大气之间能量传递过程等。与有内禀磁场的行星不同，无磁场行星（如火星）的电离层电流是由太阳风和大气中性风驱动的，但至今尚未被定量分析。 针对这个问题，研究团队利用MAVEN卫星的磁场统计观测数据，发现火星电离层有两个截然不同的电流体系。第一种电流系统与太阳风电场对齐，表现出与太阳风电场方向垂直的半球不对称性。这种电流作为负载电流，由从弓形激波电流产生的电势差驱动。第二种电流系统对应于火星大气中性风的年度平均流动模式，直接由火星大气中的中性风驱动。这表明火星电离层电流同时受到其上方的太阳风和其下方大气的中性风相互作用的影响，突显了无磁场行星电离层电流的复杂性与动态特性。 该研究成果为理解其他具有电离层的无磁场行星（如金星和土卫六）上的电流系统研究提供了框架，加深了对恒星能量向行星大气传递过程的理解，也对研究行星大气演化非常重要。
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。
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成果名称：低表面能涂层

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成果名称：低表面能涂层

合作方式：技术开发

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