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浙大王征科课题组《Appl. Mater. Today》综述:聚合物基润滑减阻材料的设计和应用
2025-02-07  来源:高分子科技

  减少摩擦对水下航行器、管道运输、医疗器械、外太空减阻等诸多领域具有重要意义。船舶减阻可以提高航行速度,增加航行距离。管道减阻有助于页岩气、石油和其他资源的开采和运输。此外,减阻还有利于保持航天仪器的稳定,并延长其在外太空的使用时间,在医疗领域可以减轻患者的痛苦。不同领域的减阻往往伴随着不同的问题,其解决策略也不同,例如:通过多巴胺、聚乙二醇等共价结合的润滑材料解决润滑剂与基底结合不牢的问题,采用pH、光热等响应性释放的润滑材料延长润滑剂使用时间,采用原位交联的方法形成均匀的、适用于不同形状的涂层,还可以采取多种手段协同减阻,比如将聚合物润滑剂添加到超疏水表面,采用固液复合润滑材料协同增强润滑效果等。


  面对众多的润滑减阻材料,有必要对其制备方法和减阻性能进行全面综述。近日,浙江大学王征科课题组在《Applied Materials Today》上发表了题为《Polymer-based lubricating drag reducing materials: design and applications》的综述文章(Applied Materials Today, 2025, 42: 102624)。本文主要针对高分子基润滑减阻材料进行讨论,从水下航行器、医疗器械、油气开采与管道运输、外太空装备等不同领域,对聚合物基润滑减阻材料进的设计和应用进行综述,归纳总结了这些材料的制备方法及减阻能力,并对可能的发展方向进行了分析和展望。


聚合物基润滑减阻材料及其应用


2 A)超疏水涂层的减阻机制B)不同流速下的摩擦阻力C)不同流量下管道的减阻率。不同转速下旋涂的ZnO涂层的AFM 图像:D1000 rpmE2000 rpmF3000 rpmG4000 rpm,和 H5000 rpm(比例尺 = 5 μm),以及 I)不同转速下的颗粒密度和粗糙度。


3 AB)砂纸摩擦和胶带剥离的示意图。CD磨损循环和胶带剥离循环对接触角的影响E)不同质量比的KH550@SiO2:STA@TiO2复合材料的接触角和滚动;FSTA@TiO2-KH550@SiO2XRD谱图。FTIRGSTA@TiO2HKH550@SiO2


4 A)超疏水涂层的制备原理B)超疏水涂层在自修复过程中的接触角变化C)自修复过程中超疏水涂层上的水滴照片D)超疏水涂层的氢键和自修复过程E)通过在水下产生气膜来形成超疏水表面的自修复过程。


5 A)具有剪切稳定润滑性能FAA油凝胶B)盲鳗皮肤组织和仿生油凝胶的横截面C)在交联PDMS聚合物网络中含FAA的油凝胶D)受盲鳗启发的船用防污涂料的设计与响应机制ECmSLIPS 防污涂层的设计和响应机制。


6 AZASC纳米球的超润滑机制,B)股骨和胫骨摩擦测试CTi6Al4V圆盘和PTFE球的摩擦测试D-LZASC在不同负载和往复频率下的摩擦性能测试。


7 A)PBS、HA水凝胶和Lipo@HA水凝胶的摩擦系数-时间曲线。B)PBSHA水凝胶和Lipo@HA水凝胶的摩擦系数直方图。C)PBSHA水凝胶和Lipo@HA水凝胶的摩擦磨损盘面图像。D)PBSHA水凝胶和Lipo@HA水凝胶的磨损宽度分析。E)HA水凝胶的摩擦系数-时间曲线。F)HA水凝胶润滑行为示意图。G)Lipo@HA水凝胶的摩擦系数-时间曲线。H)Lipo@HA水凝胶润滑行为示意图。I)HA水凝胶磨损后的SEM图像。J)Lipo@HA水凝胶磨损后的SEM图像。


8 A)不同温度下的减阻率随时间的变化。B)不同温度下的减阻率。C)90°C不同系统的减阻率随时间的变化。D)90°C下不同系统的减阻率。E)30min摩擦测试的磨损情况。F)钢球磨损痕迹的三维轮廓仪图像。G)启动期的放大图。H, I)摩擦增加的放大图。


  浙江大学硕士生程玉帅为本文第一作者,浙江大学王征科副教授为本文通讯作者。


  原文链接:https://doi.org/10.1016/j.apmt.2025.102624

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