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研究进展

高端装备界面科学与技术全国重点实验室李津津课题组在绿色低粘润滑油添加剂设计上取得进展 2025-03-31 近日，高端装备界面科学与技术全国重点实验室李津津副教授团队在设计开发新型绿色润滑材料上取得进展。相关成果以“In-situ catalysis of green lubricants into graphitic carbon by iron single atoms to reduce friction and wear”为题发表在Nature Communications期刊上。论文设计了一系列不含硫、磷元素的二酯类绿色润滑油添加剂，在超低粘度的润滑油中具有优异的抗磨减摩性能。该工作对摩擦过程中的表面催化、分子结构与润滑性能之间的构效关系做了深入研究。导读：摩擦和磨损是影响机械系统效率和寿命的关键因素。传统润滑油添加剂，如二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP），尽管在减少磨损方面表现出色，但其含有的硫和磷元素会对环境造成污染，并造成汽车尾气催化转换器的毒化。因此，开发低磷、低硫，甚至无磷、无硫的添加剂成为新型绿色润滑材料的发展趋势。尽管现有研究中常采用石墨烯、碳纳米管、氮化硼等纳米材料作为润滑油添加剂，但是其在液体润滑油中尝尝面临易团聚、难分散等问题，难以工业化应用。一个可行的方案是在摩擦界面原位生成类石墨结构，从而减小摩擦和磨损。近期，Nature Communications报道了清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室雒建斌院士团队李津津副教授在基于前期研究基础，开发了一系列二酯类添加剂，并取得了优异的抗磨减摩效果。其中最为典型的苹果酸二辛酯（DOM），其作为低粘油聚α烯烃（PAO2）的添加剂时，可以将摩擦系数降低50%，磨损体积减小80%，具有比工业添加剂ZDDP更低的摩擦系数和相近的磨损，且该类添加剂在2.78GPa的极高接触压力下也可以维持稳定的抗磨减摩效果。通过对摩擦后磨痕的分析，发现该类添加剂可以在磨痕上生成一层被光学显微镜观察到的摩擦膜（tribofilm），且该摩擦膜在磨痕表面的面积覆盖率与跑合期间摩擦系数的降低趋势刚好吻合（图1h），从而验证了该摩擦膜优异的减摩效果。图1 不同添加剂在聚α烯烃 (PAO) 中的摩擦学性能对比作者通过纳米力学分析、表面化学分析等进一步解释了该摩擦膜在微纳尺度上具有更低的杨氏模量（图2b,c）、粘附（图2e）、剪切（图2d），从而可以实现宏观尺度的低摩擦、低磨损特性。该类摩擦膜的厚度约为30nm，其主要成分由类石墨碳材料构成（图2f, h）。图2 苹果酸二辛酯 (DOM) 形成的磨痕的纳米力学与表面化学分析作者进一步深入探究了摩擦过程中添加剂分子结构和摩擦副材料的影响。发现当二酯中羧酸部分长度增加到6个碳链长度时（图3，DOA， DOS），就无法生成类石墨结构，只能造成磨痕表面的氧化，生成氧化铁类化合物。但是当增加二酯分子结构中的醇的碳链长度时（图3，DOSN），依然可以生成类石墨结构。此处，作者推测由二酯类化合物生成类石墨结构的摩擦化学反应是一个类似于自由基聚合的过程，其中第一步自由基的引发因为需要额外能量的输入，因此成为整个反应的决速步骤。当二酯类分子中羧酸部分的碳链长度小于等于4时，C-C键断裂后，形成的自由基可以被两端酯键中氧原子上的孤电子对所稳定（图3j，DOT），因此显现出更低的C-C键解离能。这种更低的解离能有助于引发摩擦化学反应，从而生成类石墨结构。但是当二酯中羧酸部分的碳链长度达到6时（图3j，DOS），形成的自由基由于距离另一侧酯键的距离较远，无法被稳定，因此需要更高的解离能，无法快速有效的生成类石墨结构。图3 二酯类添加剂的分子结构对摩擦学性能及磨痕表面产物的影响分析作者也发现这种二酯类添加剂只能在金属铁表面才可以生成类石墨结构，从而减小摩擦和磨损，而在玻璃、蓝宝石等材料表面却不可以生成（图4）。此处，作者推测是因为金属材料表面的催化活性所导致的。但这里作者提出当摩擦膜的厚度生长到5nm后，就阻碍了金属基底与有机分子的传质作用，导致金属基底无法催化生长摩擦膜到30nm的厚度(图4a)。但作者另外发现，轴承钢摩擦副在摩擦过程中可以产生铁单原子，从而嵌入在类石墨摩擦膜结构中，实现金属催化剂与有机小分子的持续传质作用(图4b)，从而催化生长至30nm纳米厚度的类石墨摩擦膜。有趣的是，块体金属材料通过摩擦作用产生单原子的现象，在机械化学领域也得到验证与关注（Abrading bulk metal into single atoms. Nat. Nano-technol.17,403–407 (2022)）。图4 苹果酸二辛酯 (DOM) 在不同材料表面的摩擦学性能对比以及表面传质机理示意图为进一步验证机理，作者通过反应分子动力学模拟了该类分子在金属铁和二氧化硅（玻璃主要成分）的路径过程，发现其只能在金属铁表面才可以发生脱氢、重整成碳环的现象，进一步验证了金属催化的效应。图5 苹果酸二辛酯 (DOM) 分子在Fe表面的结构演变示意图该工作有力揭示了摩擦界面过程中润滑剂分子结构以及固体摩擦副对类石墨结构生成的影响，有助于为设计新型绿色润滑材料提供借鉴思路。该工作第一作者为博士后宋伟，通讯作者为清华大学李津津副教授、天津工业大学张伟伟研究员。清华大学博士生马晓阳、欧阳楚可，博士后孙守义等，帝国理工学院Janet Wong，曾崇阳等对此工作做出重要贡献。该工作得到国家自然科学基金委、科技部重点研发计划、中国博士后科学基金的支持。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58292-6

Ni基软硬复合涂层减摩耐磨性能研究 2025-03-21 Ni基软硬复合涂层减摩耐磨性能研究研究背景：在航空航天、轨道运输及汽车传动领域，摩擦磨损是造成金属零部件损坏的主要原因之一，固体润滑技术已成为增强摩擦性能及延长零部件服役寿命的有效手段。目前提升金属部件摩擦磨损性能研究主要聚焦于两个方面：一是在金属表面制备含固体润滑剂的硬质耐磨复合涂层，二是在金属表面微织构中填充具有减摩性能的固体润滑剂。但研究发现摩擦过程中会存在润滑层形成不完整、耐久性差等问题，且无法同时兼顾减摩耐磨性能。因此如何实现金属部件表面润滑层形成易控、减摩耐磨性能优异成为急需解决的难题。研究思路：本文提出了一种新型软硬一体复合涂层结构，即在20CrMo轴承钢表面激光熔覆工艺制备掺杂20%WC的Ni基硬质涂层，随后通过喷涂技术在涂层表面喷涂含MoS2的PTFE软质涂层，采用软硬一体复合涂层来实现减摩耐磨性能兼顾及润滑层形成可控。通过先进测试技术分析基体、Ni基硬质涂层以及PTFE软质涂层的结合性，并开展不同载荷工况下摩擦磨损性能试验研究，探究宽载荷范围下软硬一体复合涂层摩擦磨损规律，揭示Ni基软硬一体复合涂层协同减摩耐磨机理。研究背景：在航空航天、轨道运输及汽车传动领域，摩擦磨损是造成金属零部件损坏的主要原因之一，固体润滑技术已成为增强摩擦性能及延长零部件服役寿命的有效手段。目前提升金属部件摩擦磨损性能研究主要聚焦于两个方面：一是在金属表面制备含固体润滑剂的硬质耐磨复合涂层，二是在金属表面微织构中填充具有减摩性能的固体润滑剂。但研究发现摩擦过程中会存在润滑层形成不完整、耐久性差等问题，且无法同时兼顾减摩耐磨性能。因此如何实现金属部件表面润滑层形成易控、减摩耐磨性能优异成为急需解决的难题。研究思路：本文提出了一种新型软硬一体复合涂层结构，即在20CrMo轴承钢表面激光熔覆工艺制备掺杂20%WC的Ni基硬质涂层，随后通过喷涂技术在涂层表面喷涂含MoS2的PTFE软质涂层，采用软硬一体复合涂层来实现减摩耐磨性能兼顾及润滑层形成可控。通过先进测试技术分析基体、Ni基硬质涂层以及PTFE软质涂层的结合性，并开展不同载荷工况下摩擦磨损性能试验研究，探究宽载荷范围下软硬一体复合涂层摩擦磨损规律，揭示Ni基软硬一体复合涂层协同减摩耐磨机理。主要贡献：本文提出一种新型软硬复合涂层结构，同时具备了耐磨减摩双重作用；在宽载荷范围内，实现摩擦系数稳定在0.2以下，磨损量相较于基体降低87%左右；阐明了软硬复合协同减摩耐磨机制。潜在应用：Ni基软硬复合涂层尤其在中低载荷工况摩擦性能最为优异，有望应用于中低重载荷摩擦部件，如关节轴承和轻载液压装置等。本研究有望为多功能涂层设计及结构优化提供指导。作者简介/课题组介绍：刘锡尧，博士，西安工业大学副教授，研究生导师。致力于高端装备机械基础部件摩擦磨损性能调控、机械润滑与密封、精密及超精密加工的研究工作。近年来，主持国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、陕西省自然科学基础研究计划等科研项目10项，参与国家级、省部级等科研项目5项；以第一/通讯作者发表SCI/EI论文20篇，授权国家发明专利6项；获陕西省高等学校科学技术二等奖；担任多个中英文SCI/EI期刊的青年编委。主要贡献：本文提出一种新型软硬复合涂层结构，同时具备了耐磨减摩双重作用；在宽载荷范围内，实现摩擦系数稳定在0.2以下，磨损量相较于基体降低87%左右；阐明了软硬复合协同减摩耐磨机制。潜在应用：Ni基软硬复合涂层尤其在中低载荷工况摩擦性能最为优异，有望应用于中低重载荷摩擦部件，如关节轴承和轻载液压装置等。本研究有望为多功能涂层设计及结构优化提供指导。作者简介/课题组介绍：刘锡尧，博士，西安工业大学副教授，研究生导师。致力于高端装备机械基础部件摩擦磨损性能调控、机械润滑与密封、精密及超精密加工的研究工作。近年来，主持国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、陕西省自然科学基础研究计划等科研项目10项，参与国家级、省部级等科研项目5项；以第一/通讯作者发表SCI/EI论文20篇，授权国家发明专利6项；获陕西省高等学校科学技术二等奖；担任多个中英文SCI/EI期刊的青年编委。

我国学者在耐受极限温度水凝胶研究方面取得进展 2025-03-18 图 “锁水”水凝胶设计及其力学性能（a）“锁水”水凝胶微观结构示意图；（b）水凝胶在极端温度环境保持高弹性；（c）DSC测试表明-115℃至143℃维持稳定；（d）“锁水”水凝胶的极端温度力学性能稳定性 ;在国家自然科学基金项目（批准号：T2125009、12102388、92048302、12321002）等资助下，浙江大学杨卫院士团队李铁风教授、杨栩旭特聘研究员和其合作者罗自生教授、李栋副研究员等在耐受极限温度水凝胶研究方面取得进展，针对水凝胶在环境变化时发生相变，导致丧失其固有特性这一难题，通过分子层面的力学设计，提出一种通用性“锁水（hydro-locking）”策略，制备了能够在-115℃至143℃的温度范围内保持柔性与功能性的水凝胶。相关成果以“水凝胶锁水实现极端温度耐受性（Hydro-locking in Hydrogel for Extreme Temperature Tolerance）”为题，于2025年2月28日在《科学》（Science）上发表。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq2711。 ;水凝胶是一种柔软的聚合物网络，其内部充满了水分子，温度的变化将会导致聚合物网络中的自由水分子蒸发或冻结，进而改变水凝胶的力学性能，使水凝胶延展性丧失且易断裂。传统的功能化改造与溶剂替换无法有效固定聚合物网络中的水分子，使得水凝胶所能承受的温度极限依然受制于所用溶液的相变温度。 ;针对上述问题，研究团队提出了一种“锁水”策略，即通过在水分子与高分子网络间形成桥接作用力，将水分子铆接在高分子网络中，从而抑制水的相变，以起到稳定水凝胶状态的效果。“锁水”策略可以通过硫酸与双网络水凝胶的相互作用实现：一方面，基于硫酸与水、硫酸与聚合物的强作用力，产生硫酸水合物成功地将水分子铆接在聚合物网络中，充分抑制了水在极端温度下的相变；另一方面，额外引入牺牲网络，与硫酸反应，在水凝胶高分子主链上原位产生碳层，用于保护主链并使高分子网络也具有极端条件下的稳定性。所获得的水凝胶在极限温度也保持高断裂韧性，在-100℃下伸长率达到3倍，140℃下也超过4倍。团队进一步在单网络凝胶与其他溶液体系中实现了该策略，验证了该策略的通用性。该研究揭示了水凝胶中的水分子对水凝胶力学性能与功能性的影响，通过微观层面力学设计，突破了传统水凝胶的极限适用温度边界，为极端温度环境适应性高分子软材料设计提供了新范式。

兰州化物所润滑油黏度指数改进剂分子模拟工程研究获新进展 2025-03-13 传统材料研发依赖试错法，效率低。材料基因组计划（MGI）提出通过高通量计算和大数据加速创新，但材料科学中数据稀缺与机器学习（ML）模型可解释性差成为关键瓶颈。在软凝聚态物质（如聚合物）领域，实验数据质量参差导致数据量不足。粘度指数改进剂（VII）作为润滑油核心添加剂，其性能依赖聚合物分子结构与温度响应的复杂关系，但现有研究仅聚焦少数商用聚合物（如聚异丁烯），缺乏系统性数据支撑。尽管分子动力学（MD）可模拟聚合物溶液物性，但缺乏针对VII的高通量数据生成方法。此外，现有ML模型多为“黑箱”，难以揭示定量构效关系（QSPR），阻碍聚合物设计的理论指导。因此，亟需开发整合高通量计算、自动化特征工程与可解释AI的框架，以突破数据稀缺限制，推动VII等复杂体系的理性设计。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材料表面界面团队长期致力于润滑油材料的分子模拟工程和人工智能设计研究。近期，研究人员融合高通量分子动力学模拟与可解释人工智能的自动化材料设计框架，破解了润滑油核心添加剂——黏度指数改进剂（VII）研发难题。该研究通过自主开发的智能计算管道，仅从5类商用聚合物出发，高效生成大规模VII数据集（1166组数据），并利用多目标机器学习模型从180万候选分子中筛选出366种高性能聚合物，其粘温性能超越现有商用产品。该工作有望为润滑油行业节省大量实验成本，验证数据稀缺领域“计算驱动-模型解析-材料设计”的研发新范式，在高分子材料、药物设计等领域具有广泛推广价值。图1.整合高通量分子动力学模拟与机器学习的高粘温性能聚合物开发流程图图2.基于符号回归（SR）构建VII粘度与PVI预测模型图3.高性能黏指剂虚拟筛选以上研究成果以“Exploring high-performance viscosity index improver polymers via highthroughput molecular dynamics and explainable AI”为题发表在npj computational materials上，兰州化物所周锐博士生为论文第一作者，兰州化物所鲍路瑶助理研究员、周峰研究员和兰州大学卜伟锋教授为共同通讯作者。以上工作得到中国科学院战略性先导科技专项支持。

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

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成果名称：低表面能涂层

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联系人：周老师

联系电话：13321314106

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第五届新材料产业大会“润滑密封与耐磨材料分会”

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姚晰课题组在Advanced Science上发表多环境形状变形水凝胶研究进展 2025-03-13

顶刊（IF：33.6 ）综述：高通量制备测试纳米结构高熵合金！ 2025-03-12

Advanced Materials 美国桑迪亚国家实验室&麻省理工学院：开发超低磨损Pt-Au纳米晶合金 2025-03-04

上交-港城大联合顶刊《Composites Part B》：石墨烯纳米片增强铝基复材腐蚀行为和强度-延展性协同机制研究！ 2025-03-04

今日Science，浙大再“出圈”，开发极端条件下水凝胶！ 2025-02-28

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