【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】制備多孔彈性體的主流方法大多依賴于表面活性劑、化學(xué)發(fā)泡劑或固體顆粒模板等外源物的引入，容易殘留在材料內(nèi)部或引起孔結(jié)構(gòu)的缺陷，劣化了彈性體的摩擦學(xué)與力學(xué)性能。相分離是非均相體系從熱力學(xué)無序狀態(tài)向有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變的物理過程(熵減)。從能量角度而言，為實(shí)現(xiàn)吉布斯自由能最小化，共混體系會(huì)自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞N或多種穩(wěn)定共存的相態(tài)以達(dá)成熱力學(xué)平衡。利用這一熱力學(xué)特性，科研人員可通過調(diào)控相分離過程制備具有特定結(jié)構(gòu)的多孔材料。
機(jī)械學(xué)院秦立果教授團(tuán)隊(duì)聚焦硼酸酯驅(qū)動(dòng)的非均相彈性體網(wǎng)絡(luò)形成機(jī)制，從吉布斯相律出發(fā)，首次提出一種可同步實(shí)現(xiàn)優(yōu)異摩擦學(xué)性能、可控孔結(jié)構(gòu)與強(qiáng)力學(xué)性能的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)多孔彈性體制備策略。該研究選用兩種具有相似Si-O骨架鏈的PDMS網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)體系，利用硼酸酯基團(tuán)不相容的作用，驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生異質(zhì)相分離并穩(wěn)定相邊界，成功構(gòu)建出異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)預(yù)聚物；經(jīng)熱固化與醇解處理后，最終合成出機(jī)械性能可編輯的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)多孔聚二甲基硅氧烷(HNP-PDMS)彈性體。特定的HNP-PDMS彈性體展現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能：在鹽水環(huán)境中可自發(fā)產(chǎn)生腐蝕誘導(dǎo)的自潤滑效應(yīng)，促使?jié)櫥瑺顟B(tài)從邊界潤滑向混合潤滑轉(zhuǎn)變，呈現(xiàn)出非典型的超低摩擦與抗磨損特性，其摩擦系數(shù)和磨損率較原始基體可下降90%以上。調(diào)控制備過程中的溫度、壓力及硼酸酯位點(diǎn)分布，該彈性體還可獲得優(yōu)異的機(jī)械性能，如拉伸率最高可達(dá)1250%；引入疏水基團(tuán)后，其韌性較已報(bào)道的顆粒模板法提升了16倍。
異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)多孔PDMS(HNP-PDMS)的制備、摩擦學(xué)和力學(xué)性能增強(qiáng)
得益于非均相網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與純凈的材料組成(數(shù)百種易于獲取的硼酸鹽衍生物)，該體系具備強(qiáng)大的性能編輯潛力，為定向賦予多孔彈性體特定功能提供了無限可能。該方法制備的多孔材料不僅高純度、孔結(jié)構(gòu)可控，還可兼具優(yōu)異的摩擦學(xué)與力學(xué)性能，且具有全PDMS體系普適性。此外，研究成果還為水潤滑元件及多孔柔性傳感器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了全新思路。
近日，相關(guān)研究成果以“硼酸酯驅(qū)動(dòng)的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)以提高多孔彈性體的摩擦學(xué)和機(jī)械性能”(Borate Driven Heterogeneous Networks for Porous Elastomers with Improved Tribological and Mechanical Performances)為題發(fā)表于國際著名期刊《自然通訊》(Nature Communications，IF：15.7) 。西安交通大學(xué)現(xiàn)代設(shè)計(jì)及轉(zhuǎn)子軸承教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為第一通訊單位，西安交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院在讀博士生吳宇浩為第一作者，西安交通大學(xué)秦立果教授、楊森教授以及福州大學(xué)葛新教授為共同通訊作者。聯(lián)合作者中，西安交通大學(xué)閆柯教授和董光能教授對研究工作提供了寶貴建議與支持。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、西安交通大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)(青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì))等項(xiàng)目的大力支持。
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