可持續超潤滑水凝膠研究獲進展

　　近日，中國科學院蘭州化學物理研究所潤滑材料全國重點實驗室周峰研究員團隊在可持續超潤滑水凝膠領域取得突破性成果。該團隊提出"選擇性破壞雙連續微相限域"創新設計思路，成功解決了傳統水凝膠機械強度與潤滑性能難以兼顧的行業難題，相關研究成果發表于《先進材料》。

　　人體關節軟骨的天然潤滑系統兼具高承載與超低摩擦特性，啟發科研人員將水凝膠作為人工軟骨替代材料進行探索。但傳統潤滑水凝膠長期面臨性能權衡困境：提高網絡致密度增強力學性能時，會削弱表面水合與潤滑能力；追求低摩擦則導致材料在高載荷下易變形失效，嚴重限制了其在高載荷、長壽命潤滑場景的應用。

　　針對這一痛點，研究團隊以甲基丙烯酸（MAA）和甲基丙烯酰胺（MAAm）為模型單體，通過溶劑交換誘導微相分離策略，構建出具有雙連續微相限域結構的共聚物水凝膠（BiGel）。該結構中親水相與疏水相在納米尺度相互貫穿限域，形成高效應力傳遞與能量耗散通道，其彈性模量高達約 417 MPa，遠優于多數已報道潤滑水凝膠體系。

　　為實現潤滑性能突破，研究人員通過堿性PBS 溶液處理水凝膠表面，選擇性破壞表層微相限域結構，釋放被限域的親水聚合物鏈，形成高度水合的刷狀潤滑層（BiGel-CB）。該潤滑層借助強水合作用與熵排斥力協同機制，使材料在水潤滑條件下摩擦系數低至 0.0029，達到 "超潤滑" 水平。

　　更具創新性的是，該水凝膠體系展現出優異的自再生潤滑能力與閉環可回收性。在50 N 高載荷、10 萬次摩擦循環后，摩擦系數仍維持在 0.0034 左右，幾乎無性能衰減；材料磨損后可在堿性條件下解離為液態前驅體，調節 pH 值即可重新凝膠化，經 100 次 "降解 — 重建" 循環后仍保持約 98.5% 的減摩性能，有效解決了潤滑材料報廢帶來的資源浪費與微塑料污染問題。

　　該研究首次在同一水凝膠體系中集成超高模量、超低摩擦、優異耐磨性與閉環可回收性四大核心優勢，為人工關節、軟體機器人及極端環境潤滑需求提供了全新材料解決方案，也為未來智能化、可持續潤滑系統設計奠定了重要理論與技術基礎。據悉，該研究得到中國科學院戰略性先導科技專項（B類）、國家自然科學基金委等項目支持。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202520620