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  多孔聚酰亞胺（PPI）因其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、機械性能、耐輻照性和耐磨性，廣泛應(yīng)用于航空航天和微電子等領(lǐng)域。PPI的多孔結(jié)構(gòu)可以存儲潤滑油，在熱、壓力或離心力的刺激下釋放至摩擦界面，從而降低摩擦和磨損；當(dāng)刺激移除后，潤滑油可以通過毛細作用力被重新吸收回孔隙中。然而，多孔結(jié)構(gòu)也帶來了表面強度降低、彈性塌陷等缺點，導(dǎo)致耐磨性的下降。因此，如何在不犧牲儲油能力、保油性能和機械強度的前提下，實現(xiàn)多孔聚酰亞胺材料的超低摩擦（10^-2量級）和超低磨損（10^–8 mm³·N^–1·m^–1量級），始終是自潤滑多孔材料面臨的核心挑戰(zhàn)。

  近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所王道愛研究員團隊基于自適應(yīng)限域潤滑策略開發(fā)了一種新型的自潤滑多孔聚酰亞胺（SL-PPI），實現(xiàn)了超低摩擦（<0.01）、超低磨損以及優(yōu)異的含油量和油保持率。SL-PPI是通過將多孔聚酰亞胺浸漬在改性的PAO 10油凝膠制備而成的。SL-PPI實現(xiàn)了宏觀超潤滑（摩擦系數(shù)≈0.007），磨損率從3.52×10^-5 mm³·N^-1·m^-1（干摩擦）降低到2.81×10^-8 mm³·N^-1·m^-1（降低了三個數(shù)量級），同時具備18.2%的含油量和97.7%的油保持率。超低摩擦和磨損是通過四種機制協(xié)調(diào)作用實現(xiàn)的：多孔結(jié)構(gòu)的供油、PAO 10凝膠的剪切變稀特性、功能化MoS₂與油分子之間的相互作用以及保護性摩擦反應(yīng)膜的形成。該工作以標(biāo)題“Hierarchical MoS₂-Oleogel in Porous Polyimides: A Self-Adaptive Confined Lubrication Strategy for Ultralow Friction and Wear”發(fā)表在Advanced Functional Materials上。

  超低摩擦磨損的自潤滑多孔聚酰亞胺的設(shè)計基于自適應(yīng)限域潤滑策略（圖 1a），該策略利用自適應(yīng)潤滑劑釋放和限域潤滑的協(xié)同效應(yīng)來實現(xiàn)優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。自適應(yīng)潤滑對于運行條件變化較大的系統(tǒng)至關(guān)重要。在該策略中，潤滑劑會根據(jù)不斷變化的條件動態(tài)調(diào)整其行為，確保持續(xù)的低摩擦和磨損。同時，限域潤滑在兩個不同的層級上起作用，形成雙重限域構(gòu)架，協(xié)同增強潤滑性能。在分子到納米尺度上，功能化MoS₂納米片和基礎(chǔ)油都被限制在三維PAO 10凝膠網(wǎng)絡(luò)中，有效抑制了它們在摩擦過程中不受控制的遷移或聚集。在微觀尺度上，改性PAO 10凝膠被進一步限制在PPI基體的多孔結(jié)構(gòu)中，其中界面相互作用（例如毛細管力和表面吸附）主導(dǎo)潤滑劑的流動和成膜行為，從而增強其穩(wěn)定性和潤滑效率。該工作為自潤滑多孔聚合物提供了一種新的有效策略，使其既能保持優(yōu)異的含油量和保油能力，又能保持優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。

圖1 超低摩擦磨損自潤滑多孔聚酰亞胺（SL-PPI）的概念與制備工藝。a)SL-PPI設(shè)計示意圖;b)制備流程：i)單寧酸改性MoS₂納米片（TA-MoS₂），ii)改性PAO 10凝膠（PAO 10 gel-TAM），iii)凝膠浸漬多孔聚酰亞胺（PPI-gel-TAM）。

圖2 PPI-gel-TAM、PAO 10 gel-TAM和TA-MoS₂的表征。a,b)PPI和PPI-gel-TAM的光學(xué)照片與FE-SEM橫截面圖像；c)PPI俯視圖的原子力顯微鏡（AFM）圖像；d)PPI與PPI-gel-TAM的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線；e)PAO 10 gel與PAO 10 gel-TAM的光學(xué)照片；f)不同潤滑劑的傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）；g)PAO 10、PAO 10 gel和PAO 10 gel-TAM的黏度隨剪切速率變化曲線。

圖3 浸漬不同潤滑劑的PPI的摩擦學(xué)性能。a)摩擦學(xué)實驗裝置示意圖；b)含不同潤滑劑PPI的摩擦系數(shù)；c)磨損率對比；d)磨痕深度曲線；e)稠化劑濃度對摩擦系數(shù)的影響；f)MoS₂濃度對摩擦系數(shù)的影響；g)浸漬PAO 10 gel-TAM的PPI的長期摩擦系數(shù)；h)本工作中PPI的摩擦系數(shù)和磨損率與之前工作的對比。

圖4 浸漬改性PAO 10凝膠PPI的潤滑機制。a)鋼球磨痕截面的TEM圖像；b,c)磨痕區(qū)域不同位置的HR-TEM圖像（插圖為放大區(qū)域）；d)鋼球摩擦膜的HAADF圖像及e)Fe、O、S、Mo元素分布；摩擦膜的高分辨率XPS譜：f)O1s,g)Fe2p,h)S2p；i)PPI-gel-TAM的工作機理圖示。

  原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202517029