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西工大劉維民院士團(tuán)隊(duì) ACS Nano：基于液態(tài)金屬納米材料增強(qiáng)的離子型超分子油凝膠潤(rùn)滑材料
2024-11-30  來(lái)源：高分子科技

  在工業(yè)應(yīng)用中，摩擦和磨損是造成機(jī)械部件故障的主要原因，由此引發(fā)的能量損耗占比高達(dá)三分之一。潤(rùn)滑油作為常見(jiàn)的液體潤(rùn)滑介質(zhì)，單一使用時(shí)難以滿足極端工況條件下的潤(rùn)滑需求。納米材料憑借獨(dú)特的尺寸效應(yīng)與理化優(yōu)勢(shì)，添入潤(rùn)滑油中可改善摩擦學(xué)性能，應(yīng)用前景廣闊。但納米材料在潤(rùn)滑介質(zhì)中的長(zhǎng)期分散穩(wěn)定性是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。超分子油凝膠作為新型的半固體潤(rùn)滑材料，既能保持潤(rùn)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(kāi)發(fā)出基于納米材料的智能超分子凝膠潤(rùn)滑材料。


  近日，西北工業(yè)大學(xué)先進(jìn)潤(rùn)滑與密封材料研究中心劉維民院士團(tuán)隊(duì)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(kāi)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(rùn)滑性能優(yōu)異的特點(diǎn)，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(guò)GLM納米液滴和離子液體的靜電相互作用增強(qiáng)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(rùn)滑性能是GLM納米液滴與凝膠潤(rùn)滑劑的協(xié)同作用，二者共同促進(jìn)連續(xù)穩(wěn)定的摩擦化學(xué)反應(yīng)膜形成，同時(shí)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(wèn)題以及制備新型納米復(fù)合超分子油凝膠潤(rùn)滑材料提供了一種簡(jiǎn)單、可靠的解決方案體系，有望深入解鎖此類(lèi)創(chuàng)新型潤(rùn)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(guò)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(xué)性能。（e，f）離子型油凝膠GLM@IGel-2基于不同濃度的流變學(xué)性能。


圖5. GLM基離子型油凝膠的摩擦學(xué)性能


圖6. GLM基超分子油凝膠的潤(rùn)滑膜的TEM和XPS表征


圖7. GLM基離子型油凝膠的潤(rùn)滑機(jī)理


  該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于納米復(fù)合油凝膠相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。在過(guò)去的兩年中，團(tuán)隊(duì)制備了一系列納米材料復(fù)合的凝膠因子，用于各類(lèi)基礎(chǔ)油形成了油凝膠材料，詳細(xì)研究了納米復(fù)合油凝膠成膠機(jī)制、摩擦學(xué)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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