科研進展
蘭州化物所自適應油凝膠潤滑材料研究獲新進展
隨著航空航天、海洋工程、高端制造等領(lǐng)域的快速發(fā)展，摩擦磨損對機械設備性能、效率和壽命的負面影響愈發(fā)凸顯，復雜交變的苛刻工況對傳統(tǒng)潤滑材料提出了新挑戰(zhàn)。發(fā)展可響應外界刺激改變材料自身結(jié)構(gòu)，以適應復雜工況的高性能自適應潤滑材料，確保高端裝備的高效、長壽命運行，具有重要的科學意義和工程應用價值。
針對傳統(tǒng)潤滑油脂在新型高端裝備應用中面臨爬移、泄漏、粘滯阻力高等難以應對復雜多變工況的問題。近日，中國科學院蘭州化學物理研究所潤滑材料全國重點實驗室材料表面與界面研究組通過構(gòu)筑具有機械力響應特性的動態(tài)共價網(wǎng)絡，開發(fā)了一類具有力誘導可逆相轉(zhuǎn)變能力的自適應油凝膠潤滑材料（PTA油凝膠）。PTA油凝膠可適應設備啟停，在溶膠或凝膠狀態(tài)保持和迅速轉(zhuǎn)換，且具有出色的潤滑穩(wěn)定性、適應不斷變化的運動工況。
圖1 PTA油凝膠的設計思路和機械力誘導可逆相轉(zhuǎn)變示意圖
二硫鍵的力響應特性賦予了PTA油凝膠對機械剪切力的適應能力。在力的作用下，二硫鍵主鏈斷裂導致凝膠網(wǎng)絡被部分破壞，使剪切部位的凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)榈宛ざ鹊娜苣z狀態(tài)，以降低粘滯阻力。同時二硫鍵被破壞，伴隨著硫自由基的產(chǎn)生，一旦撤去機械力，硫自由基可迅速淬滅成鍵以重建凝膠網(wǎng)絡，實現(xiàn)從溶膠到凝膠的相轉(zhuǎn)變，使?jié)櫥瑒┦チ鲃有?，有效避免爬移、泄漏問題。
圖2 PTA油凝膠的制備和普適性
在極端和交變的摩擦條件下，PTA油凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學性能和出色的潤滑穩(wěn)定性，進一步證實其對于惡劣、可變工況的適應性。通過與商用航空潤滑脂的系統(tǒng)對比，PTA油凝膠具有在多種測試條件下最為均衡的潤滑性能和最優(yōu)異的長期潤滑表現(xiàn)。
圖3 PTA油凝膠的摩擦學性能
該研究利用動態(tài)共價鍵的力響應特性，為油凝膠材料賦予了具有“智能材料”特點的自適應屬性。自適應PTA油凝膠在高端裝備潤滑系統(tǒng)中具有應用潛力，為發(fā)展智能潤滑材料提供了新策略。
相關(guān)研究成果以“Dynamic Covalent Oleogel with Mechanical Force-Induced Reversible Phase Transition for Self-Adaptive Lubrication”為題發(fā)表在Adv. Funct. Mater（10.1002/adfm.202501417）上。蘭州化物所博士生謝翱和張嘉瑩助理研究員為論文共同第一作者，王新剛助理研究員、蔡美榮研究員和周峰研究員為通訊作者。
以上工作得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）、國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和空間站工程應用系統(tǒng)第三批科學實驗項目等項目的支持。
