[00821613]润滑与防护超薄膜的构筑与作用机制研究

该项目成果属于纳米科学与技术基础与应用研究成果。纳米级摩擦、磨损和润滑行为的研究是当今摩擦学领域世界前沿的重要科研方向之一。纳米摩擦学提供了一种新的思维方法和研究模式，即从原子、分子尺度揭示摩擦、磨损与润滑机理，建立材料微观结构与宏观特性之间的构性关系。它也是高新技术不断发展的需求，如当代生物工程、磁记录技术和微机电系统的不断发展对传统的摩擦学研究提出了更严峻的挑战，在此微小尺度上，传统的润滑材料与技术已很难发挥作用，而纳米级超薄润滑膜的设计、制备及表征就显得尤为重要。因此，研究超薄膜的构筑方法、超薄膜的微观结构与宏观特性之间的关系及准则，具有重要的理论和应用价值。该项目利用聚合、纳米微粒复合、自组装、LB技术和离子沉积技术等构筑润滑与防护超薄膜，研究其宏观及微观摩擦学行为，发展了具有优异摩擦学性能的超薄膜功能材料体系与成型技术。在分子水平及纳米尺度上研究超薄膜的摩擦、磨损及润滑行为，为设计制备润滑与防护超薄膜，发展低摩擦、耐磨损保护膜的制备技术提供理论指导。通过该项目的研究，获得如下科学发现：(1)利用不同链长的脂链交替排列构筑出分子“限域阱”，将C60有序地分散在LB膜表面，产生C60聚集体的“微滚动”效应，实现“分子轴承”滚动润滑作用。(2)发现纳米微粒复合LB膜的“棘轮效应”，即超微粒聚集处呈现较低的摩擦力，纳米微粒在薄膜中表现出良好的减摩作用。(3)发现用超分子自组装法制备的类贝壳结构有机-无机有序交替层状薄膜中，原位聚合可以提高薄膜的耐磨性，而柔性分子链作为“分子刷”又会产生减摩效应。(4)利用多层结构构筑硬质超薄膜的过程中，通过控制薄膜中元素的价键结构和晶格参数的周期性演变，实现硬质超薄膜的“超硬增韧”效应。(5)利用溶液浸渍法、喷涂法结合自组装技术，在金属表面构建类荷叶仿生结构的超疏水防护超薄膜，揭示固体表面化学成分及粗糙度与浸润性之间的关系。该项目提出的“分子轴承微滚动”效应、纳米微粒薄膜的“棘轮效应”和“分子刷”模型极大地丰富了分子润滑膜的纳米摩擦学理论，所开发的贝壳、荷叶仿生结构表面超薄膜的构筑方法及构效关系的研究，为发展长效、稳定的薄膜材料提供了重要的理论依据和技术支撑。该项目先后承担完成国家自然科学基金2项，河南省高校杰出科研人才创新工程1项，教育厅自然科学研究项目1项，发表系列论文80余篇，其中20篇核心论文被Advanced Materials等国际顶级SCI期刊他引314次，多位国际著名学者认为该项目提出的理论模型与机理为开发高承载、长效稳定性的防护与润滑超薄膜提供了新型有效的理论依据与实验基础。该项目的实施推动了中国纳米超薄膜的理论研究和实际应用的发展。