西工大刘维民院士团队 ACS Nano:基于液态金属纳米材料增强的离子型超分子油凝胶润滑材料

文摘   2024-11-30 10:10   江苏  
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在工业应用中,摩擦和磨损是造成机械部件故障的主要原因,由此引发的能量损耗占比高达三分之一。润滑油作为常见的液体润滑介质,单一使用时难以满足极端工况条件下的润滑需求。纳米材料凭借独特的尺寸效应与理化优势,添入润滑油中可改善摩擦学性能,应用前景广阔。但纳米材料在润滑介质中的长期分散稳定性是亟待解决的关键问题。超分子油凝胶作为新型的半固体润滑材料,既能保持润滑油的特性,又具有剪切变稀、触变性等新的理化性质。在油凝胶中填充纳米材料,赋予其额外功能,以此开发出基于纳米材料的智能超分子凝胶润滑材料。



近日,西北工业大学先进润滑与密封材料研究中心刘维民院士团队在《ACS Nano》上发表了题为“Fabrication of Ionic Supramolecular Oleogel Lubricants Enhanced with Liquid Metal Nanodroplets for Superior Tribological Performance”的研究论文。该研究工作开发了一种基于镓基液态金属(GLM)的离子型超分子油凝胶,利用液态金属超声处理可产生自由基,以及离子液体润滑性能优异的特点,直接将超声处理后的GLM纳米液滴加入含有离子液体的自由基聚合体系中,通过GLM纳米液滴和离子液体的静电相互作用增强凝胶网络交联程度。GLM基离子型超分子油凝胶(GLM@IGel)具有剪切变稀特性以及优秀的触变性。相较于基础油,GLM@IGel使摩擦系数从0.192显著下降到0.097,磨损体积从100.10×104 μm3下降至9.69 × 104 μm3。此外,在离子液体的静电作用交联以及减摩抗磨特性下,GLM@IGel的承载能力提高至550 NGLM基离子型超分子油凝胶出色的润滑性能是GLM纳米液滴与凝胶润滑剂的协同作用,二者共同促进连续稳定的摩擦化学反应膜形成,同时GLM纳米液滴能有效填充与抛光磨损表面。该创新研究为解决纳米添加剂分散问题以及制备新型纳米复合超分子油凝胶润滑材料提供了一种简单、可靠的解决方案体系,有望深入解锁此类创新型润滑剂应用潜能,为其规模化及高质量应用筑牢根基。


1. GLM基离子型超分子油凝胶(GLM@IGel)的制备过程


2. GLM@IGelator-2及干凝胶的TEMHAADFEDSSEM表征


3. GLM@IGelator-0GLM@IGelator-1GLM@IGelator-2的(aFT-IR谱、(bZeta电位和(c)粒径分布曲线。GLM基离子型超分子油凝胶的(dDSC曲线和(e)相转变图片。


4. a-dGLM基离子型油凝胶的流变学性能。(ef)离子型油凝胶GLM@IGel-2基于不同浓度的流变学性能。


5. GLM基离子型油凝胶的摩擦学性能


6. GLM基超分子油凝胶的润滑膜的TEMXPS表征


7. GLM基离子型油凝胶的润滑机理


该工作是团队近期关于纳米复合油凝胶相关研究的最新进展之一。在过去的两年中,团队制备了一系列纳米材料复合的凝胶因子,用于各类基础油形成了油凝胶材料,详细研究了纳米复合油凝胶成胶机制、摩擦学性能(Chem. Mater. 2024, 36, 5110-5119; J. Mater. Chem. A 2024, 12, 20025-20034)。


论文信息: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.

全文链接:

https://doi.org/10.1021/acsnano.4c10433


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