仿生功能结构设计及超低摩擦与抗磨行为研究
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更新:2026-04-17 08:50:33
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摘要
由摩擦引起的磨损、温升和能耗等问题对世界经济、环境、资源等层面影响显著。近年来,在自然界和实验室中观察到的超滑现象引起了广泛关注,被视为一种最具前景的减摩抗磨策略。然而,宏观超滑的应用还受到诸多限制,例如,粗糙钢表面的润滑吸附膜容易在高载条件下剪切剥离,导致超滑失效。高性能的生物润滑膜通常具有有序的多层结构,其中“铆接层”在连接“润滑层”和基材方面发挥着关键作用。本研究基于关节软骨和牙齿表面润滑膜有序多层结构的功能作用机制,提出一种在粗糙钢表面构建多层润滑膜的新方法。设计制备了一种织构-涂层耦合表面,操控部分磨屑转移至摩擦界面,促进磨损表面在摩擦化学作用下生成金属氢氧化物。金属氢氧化物作为铆接层有效吸附水基润滑剂中的羟基化碳纳米管,并增强由聚乙二醇、植酸和水形成的氢键网络,从而形成高承载、抗剪切的多层润滑膜。仿生多层润滑膜使得界面摩擦系数降低至0.005,磨损率降低64.0%。
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