新研究显著提高水凝胶润滑能力与耐磨寿命

科技日报兰州1月15日电（记者颉满斌）15日，记者从中国科学院兰州化学物理研究所获悉，该所润滑材料全国重点实验室材料表面与界面课题组周峰研究员团队，在可持续超润滑水凝胶研究领域取得重大突破。相关成果发表在期刊《先进材料》上。

水凝胶作为人工软骨替代材料备受关注。但传统润滑水凝胶存在结构均一性问题，提高力学性能会削弱润滑能力，追求低摩擦又会使材料在高载荷下易失效，这严重制约了其在高载荷、长寿命润滑场景的应用。

研究团队提出“选择性破坏双连续微相限域”的创新材料设计思路，成功构建出具有双连续微相限域结构的共聚物水凝胶。在该结构中，亲水相与疏水相在纳米尺度相互贯穿、彼此限域，形成大量连续且高度互联的微相界面，为材料提供高效的应力传递与能量耗散通道，使水凝胶弹性模量高达417兆帕，远超多数已报道的润滑水凝胶体系。

在保证整体强度的同时，研究团队对水凝胶表面进行碱性PBS溶液处理，选择性地破坏表层微相限域结构，释放出亲水聚合物链，在表面形成一层高度水合、类似刷状、达到“超润滑”水平的润滑层。

更具突破性的是，该水凝胶体系在长期摩擦过程中展现出自再生润滑能力。摩擦磨损会诱导界面发生动态解离平衡，持续补充润滑界面。同时，双连续微相结构耦合表面润滑层还能有效钝化摩擦裂纹、分散应力集中，显著提升耐磨寿命。

与传统依赖共价交联的水凝胶不同，该体系基于线性聚合物与氢键缔合网络构建，可在碱性条件下解离为液态前驱体，再通过调节pH值重新凝胶化，实现形状重塑和润滑涂层反复使用。

该研究成果首次在同一体系中集成了超高模量、超低摩擦、优异耐磨性与闭环可回收性，为人工关节、软体机器人和极端环境下的润滑需求提供了全新材料解决方案，也为未来智能化、可持续润滑系统的设计奠定了重要理论与技术范式。