仿生微纳米水合润滑体系构建与功能调控

Inspired by the joint lubrication, the design and preparation of bionic lubricating materials has become a hot topic in tribology research. Compared with natural lubricating substances, synthetic biomimetic lubricating materials have tunability of components and structures, and can be functionalized and intelligentized as required. Based on the combination of bionics and functional design, this project aims to construct a biomimetic micro/nano hydration lubrication system and achieves its functional regulation. Specifically, the project plans to introduce functional microgels into the design of bionic micro/nano lubricating additives, and then combines them with polymer molecular brushes to prepare polymer brush grafted composite microgels. As lubricating additives, the functional applications of this kind of composite microgels are investigated systematically in terms of water lubrication, interfacial friction regulation, and treatment of arthritis. Finally, the multifunctional biomimetic micro/nano lubricating additives are obtained through the optimization of conditions. In this study, the idea of combining functional microgels with superlubricated polymer brushes will provide an effective way for the structural construction and functional regulation of biomimetic micro/nano hydration lubrication systems.

受关节润滑系统启发，设计制备仿生润滑材料成为了摩擦学研究的热点。与天然润滑物质相比，人工合成的仿生润滑材料具有组分和结构的可调谐性，并且可根据应用目的使其功能化和智能化。本项目旨在依据仿生和功能化设计相结合的思路，构筑仿生微纳米水合润滑体系，并实现其功能调控。基于此，本项目拟将功能性微凝胶引入仿生微纳米润滑添加剂的设计，使其与聚合物分子刷结合，以制备出聚合物刷接枝复合微凝胶，并开展其在水润滑、界面摩擦调控以及关节炎治疗方面的功能化应用研究，通过条件优化，最终得到多功能仿生微纳米润滑添加剂。该研究中功能性微凝胶与润滑性能优良的聚合物刷相结合的思路，将为仿生微纳米水合润滑体系的构筑和功能调控提供有效途径。

受关节软骨间的这种生物润滑作用启发，近年来，摩擦工作者在仿生润滑材料领域展开了丰富的研究。这种仿生设计往往通过模拟关节软骨的生物水凝胶结构制备仿生界面润滑材料，或通过模拟关节滑液中的生物大分子润滑剂合成聚合物类仿生润滑添加剂。而人工合成的仿生润滑材料与天然润滑组织相比，具有组分和结构的可调谐性，可根据应用目的设计相应的润滑材料，并且可赋予其功能化和智能化特性。本项目重点关注聚合物基仿生润滑添加剂的设计制备及应用研究，从学习理解生物润滑出发，基于仿生理念，从分子级别对润滑材料进行组分设计，从微纳米尺度对润滑材料进行结构构筑，并开展其表界面行为、摩擦润滑特性及关节炎治疗方面的研究。本项目以聚合物分子刷和聚合物微凝胶为两个关键组成部分，采用高分子聚合和微纳米复合技术，合成一类聚合物刷接枝复合微凝胶，并开展其水润滑性能、界面摩擦调控、关节炎治疗等方面的研究。本项目所合成的复合微球具有亲水性的聚电解质刷外壳和柔软黏弹的微凝胶内核，基于水合润滑机理，聚电解质刷具有强的水化能力，水分子围绕分子链形成水化层，可实现良好的润滑效果；响应性微凝胶内核可随刺激条件的变化而发生物理化学性质转变，进而影响其摩擦学性能，实现界面的摩擦调节和控制。本项目依据仿生和功能化设计相结合的理念，构建了仿生微纳米水合润滑体系，并实现其功能调控，将仿生润滑添加剂的应用范围从摩擦磨损领域拓展到界面摩擦调控和关节疾病治疗方面。