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西工大劉維民院士團隊 ACS Nano：基于液態(tài)金屬納米材料增強的離子型超分子油凝膠潤滑材料
2024-11-30  來源：高分子科技

  在工業(yè)應(yīng)用中，摩擦和磨損是造成機械部件故障的主要原因，由此引發(fā)的能量損耗占比高達三分之一。潤滑油作為常見的液體潤滑介質(zhì)，單一使用時難以滿足極端工況條件下的潤滑需求。納米材料憑借獨特的尺寸效應(yīng)與理化優(yōu)勢，添入潤滑油中可改善摩擦學性能，應(yīng)用前景廣闊。但納米材料在潤滑介質(zhì)中的長期分散穩(wěn)定性是亟待解決的關(guān)鍵問題。超分子油凝膠作為新型的半固體潤滑材料，既能保持潤滑油的特性，又具有剪切變稀、觸變性等新的理化性質(zhì)。在油凝膠中填充納米材料，賦予其額外功能，以此開發(fā)出基于納米材料的智能超分子凝膠潤滑材料。


  近日，西北工業(yè)大學先進潤滑與密封材料研究中心劉維民院士團隊在《ACS Nano》上發(fā)表了題為“Fabrication of Ionic Supramolecular Oleogel Lubricants Enhanced with Liquid Metal Nanodroplets for Superior Tribological Performance”的研究論文。該研究工作開發(fā)了一種基于鎵基液態(tài)金屬（GLM）的離子型超分子油凝膠，利用液態(tài)金屬超聲處理可產(chǎn)生自由基，以及離子液體潤滑性能優(yōu)異的特點，直接將超聲處理后的GLM納米液滴加入含有離子液體的自由基聚合體系中，通過GLM納米液滴和離子液體的靜電相互作用增強凝膠網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)程度。GLM基離子型超分子油凝膠（GLM@IGel）具有剪切變稀特性以及優(yōu)秀的觸變性。相較于基礎(chǔ)油，GLM@IGel使摩擦系數(shù)從0.192顯著下降到0.097，磨損體積從100.10×104 μm3下降至9.69 × 104 μm3。此外，在離子液體的靜電作用交聯(lián)以及減摩抗磨特性下，GLM@IGel的承載能力提高至550 N。GLM基離子型超分子油凝膠出色的潤滑性能是GLM納米液滴與凝膠潤滑劑的協(xié)同作用，二者共同促進連續(xù)穩(wěn)定的摩擦化學反應(yīng)膜形成，同時GLM納米液滴能有效填充與拋光磨損表面。該創(chuàng)新研究為解決納米添加劑分散問題以及制備新型納米復(fù)合超分子油凝膠潤滑材料提供了一種簡單、可靠的解決方案體系，有望深入解鎖此類創(chuàng)新型潤滑劑應(yīng)用潛能，為其規(guī)；案哔|(zhì)量應(yīng)用筑牢根基。


圖1. GLM基離子型超分子油凝膠（GLM@IGel）的制備過程


圖2. GLM@IGelator-2及干凝膠的TEM、HAADF、EDS及SEM表征


圖3. GLM@IGelator-0、GLM@IGelator-1和GLM@IGelator-2的（a）FT-IR譜、（b）Zeta電位和（c）粒徑分布曲線。GLM基離子型超分子油凝膠的（d）DSC曲線和（e）相轉(zhuǎn)變圖片。


圖4. （a-d）GLM基離子型油凝膠的流變學性能。（e，f）離子型油凝膠GLM@IGel-2基于不同濃度的流變學性能。


圖5. GLM基離子型油凝膠的摩擦學性能


圖6. GLM基超分子油凝膠的潤滑膜的TEM和XPS表征


圖7. GLM基離子型油凝膠的潤滑機理


  該工作是團隊近期關(guān)于納米復(fù)合油凝膠相關(guān)研究的最新進展之一。在過去的兩年中，團隊制備了一系列納米材料復(fù)合的凝膠因子，用于各類基礎(chǔ)油形成了油凝膠材料，詳細研究了納米復(fù)合油凝膠成膠機制、摩擦學性能（Chem. Mater. 2024, 36, 5110-5119; J. Mater. Chem. A 2024, 12, 20025-20034）。


  論文信息：Wang, Tiantian; Wang, Yixin; Wang, Xinnan; He, Baoluo; Liu, Shujuan; Ye, Qian; Zhou, Feng; Liu, Weimin. Fabrication of Ionic Supramolecular Oleogel Lubricants Enhanced with Liquid Metal Nanodroplets for Superior Tribological Performance. ACS Nano 2024. DOI: 10.1021/acsnano.4c10433.

  全文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c10433

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（責任編輯：xu）
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