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1月15日，記者從中國科學院蘭州化學物理研究所獲悉，該所潤滑材料全國重點實驗室材料表面與界面課題組周峰研究員團隊，在可持續(xù)超潤滑水凝膠研究領域取得重大突破，相關成果發(fā)表于《先進材料》。

人體關節(jié)軟骨憑借獨特結構構建出高承載與超低摩擦的天然潤滑系統(tǒng)，水凝膠作為人工軟骨替代材料備受關注。但傳統(tǒng)潤滑水凝膠存在結構均一性問題，提高力學性能會削弱潤滑能力，追求低摩擦又會使材料在高載荷下易失效，這嚴重制約了其在高載荷、長壽命潤滑場景的應用。

該所研究團隊另辟蹊徑，提出“選擇性破壞雙連續(xù)微相限域”的創(chuàng)新材料設計思路，成功構建出具有雙連續(xù)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、彼此限域，形成大量連續(xù)且高度互聯(lián)的微相界面，為材料提供高效的應力傳遞與能量耗散通道，使水凝膠彈性模量高達約417兆帕，遠超多數(shù)已報道的潤滑水凝膠體系。

在保證整體強度的同時，研究團隊對水凝膠表面進行堿性PBS溶液處理，選擇性地破壞表層微相限域結構，釋放出親水聚合物鏈，在表面形成一層高度水合、類似刷狀的潤滑層（BiGel-CB）。該潤滑層通過強水合作用與熵排斥力的協(xié)同機制，顯著降低界面剪切應力，在水潤滑條件下實現(xiàn)了低至約0.0029的摩擦系數(shù)，達到“超潤滑”水平。

更具突破性的是，該水凝膠體系在長期摩擦過程中展現(xiàn)出自再生潤滑能力。摩擦磨損會誘導界面發(fā)生動態(tài)解離平衡，持續(xù)補充潤滑界面。在50N高載荷、10萬次摩擦循環(huán)后，摩擦系數(shù)仍維持在約0.0034，幾乎無性能衰減。同時，雙連續(xù)微相結構耦合表面潤滑層還能有效鈍化摩擦裂紋、分散應力集中，顯著提升耐磨壽命。

與傳統(tǒng)依賴共價交聯(lián)的水凝膠不同，該體系基于線性聚合物與氫鍵締合網絡構建，可在堿性條件下解離為液態(tài)前驅體，再通過調節(jié)pH值重新凝膠化，實現(xiàn)形狀重塑和潤滑涂層反復使用。經過100次“降解—重建”循環(huán)后，材料仍可保持約98.5%的減摩性能。

該研究成果打破了水凝膠材料機械強度與界面潤滑性能不可兼得的傳統(tǒng)桎梏，首次在同一體系中集成了超高模量、超低摩擦、優(yōu)異耐磨性與閉環(huán)可回收性，為人工關節(jié)、軟體機器人和極端環(huán)境下的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(xù)潤滑系統(tǒng)的設計奠定了重要理論與技術范式。