【儀表網 研發快訊】制備多孔彈性體的主流方法大多依賴于表面活性劑、化學發泡劑或固體顆粒模板等外源物的引入，容易殘留在材料內部或引起孔結構的缺陷，劣化了彈性體的摩擦學與力學性能。相分離是非均相體系從熱力學無序狀態向有序狀態轉變的物理過程(熵減)。從能量角度而言，為實現吉布斯自由能最小化，共混體系會自發轉變為兩種或多種穩定共存的相態以達成熱力學平衡。利用這一熱力學特性，科研人員可通過調控相分離過程制備具有特定結構的多孔材料。
機械學院秦立果教授團隊聚焦硼酸酯驅動的非均相彈性體網絡形成機制，從吉布斯相律出發，首次提出一種可同步實現優異摩擦學性能、可控孔結構與強力學性能的異質網絡多孔彈性體制備策略。該研究選用兩種具有相似Si-O骨架鏈的PDMS網絡作為基礎體系，利用硼酸酯基團不相容的作用，驅動網絡發生異質相分離并穩定相邊界，成功構建出異質網絡預聚物；經熱固化與醇解處理后，最終合成出機械性能可編輯的異質網絡多孔聚二甲基硅氧烷(HNP-PDMS)彈性體。特定的HNP-PDMS彈性體展現出優異的摩擦學性能：在鹽水環境中可自發產生腐蝕誘導的自潤滑效應，促使潤滑狀態從邊界潤滑向混合潤滑轉變，呈現出非典型的超低摩擦與抗磨損特性，其摩擦系數和磨損率較原始基體可下降90%以上。調控制備過程中的溫度、壓力及硼酸酯位點分布，該彈性體還可獲得優異的機械性能，如拉伸率最高可達1250%；引入疏水基團后，其韌性較已報道的顆粒模板法提升了16倍。
異質網絡多孔PDMS(HNP-PDMS)的制備、摩擦學和力學性能增強
得益于非均相網絡結構與純凈的材料組成(數百種易于獲取的硼酸鹽衍生物)，該體系具備強大的性能編輯潛力，為定向賦予多孔彈性體特定功能提供了無限可能。該方法制備的多孔材料不僅高純度、孔結構可控，還可兼具優異的摩擦學與力學性能，且具有全PDMS體系普適性。此外，研究成果還為水潤滑元件及多孔柔性傳感器的創新設計提供了全新思路。
近日，相關研究成果以“硼酸酯驅動的異質網絡以提高多孔彈性體的摩擦學和機械性能”(Borate Driven Heterogeneous Networks for Porous Elastomers with Improved Tribological and Mechanical Performances)為題發表于國際著名期刊《自然通訊》(Nature Communications，IF：15.7) 。西安交通大學現代設計及轉子軸承教育部重點實驗室為第一通訊單位，西安交通大學機械學院在讀博士生吳宇浩為第一作者，西安交通大學秦立果教授、楊森教授以及福州大學葛新教授為共同通訊作者。聯合作者中，西安交通大學閆柯教授和董光能教授對研究工作提供了寶貴建議與支持。該研究工作得到了國家自然科學基金、西安交通大學基本科研業務費(青年創新團隊)等項目的大力支持。
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