非晶碳基涂层/类软骨水凝胶接触体系摩擦学设计研究

基本信息
批准号:51805519
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:王福
学科分类:
依托单位:中国科学院兰州化学物理研究所
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:麻拴红,尚伦霖,王静静,何东青,陈琳,张铭炯
关键词:
碳基薄膜润滑人工关节接触界面水凝胶
结项摘要

High-performance artificial joint prosthesis has been a crucial guarantee for the treatment of end-stage arthritis diseases. To overcome some key issues of traditional material prostheses, such as wear, corrosion, lubrication and biocompatibility, it becomes very urgent to develop some new materials, new technologies and new designs. This project intends to combine the biological and tribological advantages of the surface coating and cushion design to establish a novel hard-soft tribological material system. Based on a systematic tribological design of the contact system, the project will analyze the dependence of the low friction interface on the chemical, physical and mechanical properties of the two materials, study the interface molecular basis for effective boundary lubrication and fluid lubrication in the contact system and the mechanism for controlling the lubrication behavior of the system, and investigate the corrosion, delamination and evolution behavior of amorphous carbon-based coating in hard-soft tribological contact. As a consequence, this project will produce excellent hard-soft tribological material system and propel the application of amorphous carbon-based coatings and hydrogels in artificial joints. Simultaneously, this item will also provide new thought and theoretical foundation for biomimetic cushion-form artificial joint design.

高性能人工关节假体是治疗终末期关节炎疾病的重要保障。为克服传统材料假体的磨损、腐蚀、润滑和生物相容性等问题,迫切需要发展新材料、新技术与新设计以满足相关应用需求。本项目拟协同表面涂层和软垫设计的生物学和摩擦学优势,以非晶碳基涂层和类软骨水凝胶为对象构建新型硬-软接触摩擦学材料体系。通过对接触体系进行系统的摩擦学设计研究,分析接触体系低摩擦界面构筑对两种材料化学、物理和力学性能的依赖性,研究接触体系实现有效边界润滑和流体润滑的界面分子基础以及体系润滑行为调控机制,考察硬-软摩擦接触中非晶碳基涂层的腐蚀、脱落和演变行为。最终发展优异的硬-软接触摩擦学材料体系,推动非晶碳基涂层和水凝胶在人工关节领域的应用,为仿生软垫人工关节设计提供新的思路和基础理论支撑。

项目摘要

高性能人工关节假体是治疗终末期关节炎疾病的重要保障,为克服传统材料假体的磨损、腐蚀、润滑和生物相容性等问题,迫切需要发展新材料、新技术以及新设计。本项目基于软垫关节设计思路,以潜在的人工关节替代材料非晶碳基(DLC)薄膜和类软骨水凝胶为对象构建了新型“软-硬”接触摩擦学体系,通过往复滑动摩擦试验系统研究了类软骨水凝胶/DLC薄膜“软-硬”界面的摩擦学性能。首先基于研究需要发展了类软骨强韧聚乙烯醇物理水凝胶的合成方法,设计构建了20多种强韧类软骨的水凝胶材料。然后,以316L不锈钢、DLC和HDLC薄膜为摩擦副系统研究了它们在不同润滑介质中的摩擦学性能,讨论了水凝胶网络化学、水含量、润滑介质等对界面摩擦性能的影响。发现构建与边界润滑分子具有排斥性的水凝胶网络,可有效促进边界分子在界面的移动性,进而实现极低摩擦系数。同时,也开展了DLC薄膜/轴承钢“硬-硬”界面的润滑研究,发展了具有极低摩擦系数的聚乙二醇碳量子点纳米流体润滑剂。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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