超潤滑聚醚醚酮（PEEK）材料，摩擦系數(shù)驟降至0.029

為解決高性能工程塑料在極端環(huán)境下的磨損難題，我國科研團隊取得重大突破！

近日，我國科研人員在材料科學領域取得一項重要進展——通過創(chuàng)新性地設計二硫化鉬/碳納米管雜化材料，成功研制出具有超潤滑特性的聚醚醚酮（PEEK）復合材料。

這種新材料在無水乙醇環(huán)境中表現(xiàn)出驚人的0.029超低摩擦系數(shù)和9.06×10?? mm3/（N·m）的極低磨損率，為解決高端裝備在極端條件下的潤滑難題提供了全新方案。

01 PEEK材料的優(yōu)勢與局限

聚醚醚酮（PEEK）作為特種工程塑料，憑借其出色的熱穩(wěn)定性、機械強度和耐化學腐蝕性，已成為航空航天、海洋工程和生物醫(yī)療等高端領域的不可或缺的材料。

然而，在高溫、腐蝕和動態(tài)交變應力等多場耦合的極端環(huán)境下，純PEEK材料仍然面臨磨損加速、表面疲勞以及重載條件下潤滑保持性不足等技術瓶頸。

這些局限性嚴重制約了PEEK在高應力工況下的應用效果和使用壽命。

02 研究突破：形態(tài)調(diào)控的創(chuàng)新策略

為了解決這一難題，研究團隊創(chuàng)新性地提出了形態(tài)調(diào)控的二硫化鉬/碳納米管雜化材料設計策略。

團隊通過一步水熱法成功合成了兩種不同形態(tài)的雜化材料：

• MoS?納米花/MWCNTs雜化材料（MW-7）

• MoS?納米管/MWCNTs雜化材料（MT-5）

研究發(fā)現(xiàn)，MoS?納米管/MWCNTs雜化材料（MT-5）表現(xiàn)尤為出色。其獨特的網(wǎng)絡結構——多壁碳納米管包裹著空心二硫化鉬納米管，形成了穩(wěn)定的三維增強框架。

這種結構不僅優(yōu)化了熱傳導路徑，還顯著提升了復合材料的抗壓強度、硬度和承載能力。

03 性能提升：數(shù)字說話

實驗數(shù)據(jù)充分證明了這種新型復合材料的卓越性能：

機械性能方面：MMT-5復合材料的壓縮強度達到184.79 MPa，比純PEEK提高了23.77%；肖氏硬度達到90.08 HD，提升5.36%

熱性能方面：800℃時殘?zhí)悸蔬_到61.34%，熱分解溫度提升7.6℃，熱導率提高73.08%

摩擦學性能方面：在干燥條件下，摩擦系數(shù)降低23.73%，磨損率降低88.95%

最令人振奮的是，在無水乙醇環(huán)境中，MMT-5復合材料實現(xiàn)了0.029的超低摩擦系數(shù)，進入了近超潤滑狀態(tài)。

04 機理探究：為何如此出色

這種卓越性能的背后，是多種機制的協(xié)同作用：

三維增強網(wǎng)絡：碳納米管形成的三維網(wǎng)絡結構有效分散和承擔外部載荷，提高了復合材料的硬度

轉(zhuǎn)移膜形成：在摩擦過程中，材料表面形成連續(xù)光滑的轉(zhuǎn)移膜，減少了摩擦副之間的直接接觸和刮擦

熱管理優(yōu)化：碳納米管網(wǎng)絡顯著提高了復合材料的熱導率和散熱能力，有效避免了摩擦熱導致的材料失效

乙醇潤滑機制：在乙醇環(huán)境中，乙醇分子的羥基與材料表面形成氫鍵，減少界面粘附力和剪切應力，進一步降低摩擦阻力

05 應用前景：從實驗室到工業(yè)應用

這項研究成果具有廣闊的應用前景：

航空航天領域：可用于制造高性能軸承、齒輪等關鍵運動部件，提高可靠性和使用壽命

海洋工程領域：適用于海水環(huán)境下的密封件、軸承等部件，解決腐蝕和磨損難題

重型裝備領域：滿足高負載、高溫等極端工況下的潤滑需求，提高設備運行效率

生物醫(yī)療領域：可用于人工關節(jié)等醫(yī)療器械，減少磨損顆粒的產(chǎn)生，延長植入物壽命

研究團隊通過精準控制二硫化鉬與碳納米管的比例和分散狀態(tài)，實現(xiàn)了摩擦學性能與機械性能的最佳平衡，為高性能聚合物復合材料的設計提供了新思路和新方法。

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這項技術的突破不僅限于實驗室

更在于其工業(yè)化應用的潛力——乙醇作為一種低粘度、環(huán)境友好的單組分醇，具有氫鍵能力，為可持續(xù)超潤滑提供了新途徑。

相比對水含量敏感、依賴高質(zhì)子濃度的傳統(tǒng)體系，乙醇潤滑路徑為工業(yè)應用提供了更為可行的解決方案。

未來，這種新材料技術有望在航空航天軸承、海洋密封件、重型裝備等高溫、重載、腐蝕性環(huán)境下的關鍵部件上得到廣泛應用。