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。

图1 聚合物基润滑减阻材料及其应用

图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：D）1000 rpm，E）2000 rpm，F）3000 rpm，G）4000 rpm，和 H）5000 rpm（比例尺 = 5 μm），以及 I）不同转速下的颗粒密度和粗糙度。

图3 A、B）砂纸摩擦和胶带剥离的示意图。C、D）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角；F）STA@TiO₂-KH550@SiO₂的XRD谱图。FTIR：G）STA@TiO₂和H）KH550@SiO₂。

图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。

图5 A）具有剪切稳定润滑性能的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，E）CmSLIPS 防污涂层的设计和响应机制。

图6 A）ZASC纳米球的超润滑机制，B）股骨和胫骨摩擦测试，C）Ti₆Al₄V圆盘和PTFE球的摩擦测试，D-L）ZASC在不同负载和往复频率下的摩擦性能测试。

图7 A)PBS、HA水凝胶和Lipo@HA水凝胶的摩擦系数-时间曲线。B)PBS、HA水凝胶和Lipo@HA水凝胶的摩擦系数直方图。C)PBS、HA水凝胶和Lipo@HA水凝胶的摩擦磨损盘面图像。D)PBS、HA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。

图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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（责任编辑：xu）

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