近年来，中国科学院兰州化学物理研究所先进润滑与防护材料研发中心王廷梅研究员和王齐华研究员带领的团队从多孔含油聚合物材料的润滑机理出发，设计制备了一系列具有低摩擦磨损性能的新型多孔含油聚合物材料。

　　目前，多孔含油聚合物材料研究主要集中在制备高孔隙率、大孔径的多孔基体以存储更多的润滑剂，从而降低摩擦磨损。关于其润滑机理却鲜有报道，导致材料设计与开发缺乏理论支持。该团队率先从多孔聚合物微观孔隙结构、表面微区承载和润滑剂供给等方面开展了机理研究。多孔含油聚合物内部浸渍的润滑剂从孔隙内部迁移至摩擦界面，修复摩擦过程中破损的润滑膜以保证部件的平稳运行。内部润滑剂会在温度、压力或离心力的刺激下连续稳定地供给。与外部供油润滑相比，含油聚合物材料的摩擦学行为表现出明显的差异性，服役工况除了影响材料的机械性能外，更与材料内部润滑剂的供给密切相关，其润滑状态和摩擦系数变化趋势均表现得更加复杂。润滑油的供给量和服役工况共同决定了多孔含油聚合物材料所处的润滑状态。多孔含油聚合物材料的磨损主要表现为表面微区承载的塑性变形，堵塞孔隙结构使润滑剂不能及时供给至界面，导致摩擦系数波动较大。相关成果发表在Tribology Letters（2020, 68, 102）, Tribology International（2021, 157, 106891；2019, 140, 105728）和《空间控制技术与应用》（2019, 45, 3）上。

图1.多孔含油聚合物在温度刺激下的供油示意图

　　该团队利用表面织构的方法构筑了具有梯度孔隙结构的多孔含油聚酰亚胺复合材料，实现了润滑油的梯度存储和释放，保证了润滑油的持续稳定供给，从而获得优异的润滑性能。与传统单一孔径多孔含油材料相比，摩擦系数降低了45.71%，磨损率降低了77.08%。相关成果发表在Friction（2022, DOI: 10.1007/s40544-022-0642-5）上。此外，研究人员还通过在多孔聚合物材料内部构筑“储油池”，实现了大油量存储，提升了材料的含油保持率（油保持率为99%），相关成果发表在ACS Appl. Mater. Interfaces（2018, 10, 41699-41706; DOI: 10.1021/acsami.8b15198）上。

图2.具有梯度孔隙结构的多孔材料的表面和断面形貌

图3.内部构筑储油池的多孔含油聚合物材料的润滑剂存储和释放的示意图

　　针对多孔含油材料在离心力作用下的“被动”释放，缺乏按需主动调控问题，该团队利用超分子油凝胶的温度响应相变实现了多孔含油聚合物材料的按需调控润滑油释放。与浸渍常规润滑油的多孔材料相比，浸渍超分子油凝胶的多孔材料只在温度刺激下按需释放，含油保持率从66%提升到了99%。相关成果发表在ACS Appl. Mater. Interfaces（2022, 14, 8, 10936–10946; DOI:10.1021/acsami.1c22502）上。

图4.超分子油凝胶存储和释放的示意图

　　此外，目前常用做多孔基体骨架的工程塑料难以实现磨损后的自修复，而常见的自修复材料由于机械强度较低难以满足工程应用。该团队利用可相变的润滑材料在多孔材料表面构筑了一层润滑层，当润滑层发生磨损后可在温度刺激下释放内部存储的相变润滑剂，实现了对润滑层的修复，界面形成的润滑层避免了多孔骨架的磨损，可实现数百次的自修复。相关成果发表在Tribology International（2022, 165, 107303, DOI:10.1016/j.triboint.2021.107303）上。

图5.润滑层的自修复机制

　　近五年来，该团队相继突破了新型孔隙结构设计制备、孔隙率和机械强度兼容、孔隙均匀性和批产稳定性控制等关键技术，获得中国发明专利授权16件。

　　上述研究工作得到了国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项（C类）、中科院西部之光西部青年学者A类、中科院青年创新促进会等项目的支持。

来源：先进润滑与防护材料研发中心