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专利摘要

本发明涉及机械摩擦技术领域，提供了一种具有跨润湿状态的多相复合摩擦体系及其构筑方法。本发明利用具有超疏表面的摩擦基底、具有含水凝胶软物质超亲表面的摩擦对偶及液体润滑介质构筑一种不对称的特殊润湿界面，超疏表面与液体润滑介质间具有超疏浸润性，水凝胶超亲表面与液体润滑介质间具有超亲浸润性，在Cassie状态时，超疏表面与液体润滑介质间会形成空气垫，可实现超低摩擦，而在Wenzel状态下，摩擦对偶负载的水凝胶软物质可填充到摩擦基底的粗糙结构中，从而继续保持低摩擦状态。基于此，可以实现不同润湿状态下超低摩擦‑低摩擦体系的构筑。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202211403546.2
申请日期:
2022-11-10
专利申请人:
["烟台中科先进材料与绿色化工产业技术研究院","中国科学院兰州化学物理研究所"]
分类号:
C25F3/02 ; C25F3/04 ; C25F3/06 ; C25F3/08 ; C25D11/26 ; C25D11/24 ; C25D11/16 ; C23F4/00 ; C23F3/06 ; C23F3/03 ; C23C22/02 ; C03C17/28 ; C03C17/32 ; C03C23/00 ; C09D4/02 ; C09D4/06 ; C09D101/02 ; C09D7/61 ; C09D7/63
发明/设计人:
周峰，杨武芳，刘学亚，李谋吉，于波，裴小维
权利要求: 1.一种具有跨润湿状态的多相复合摩擦体系，其特征在于，包括摩擦基底、摩擦对偶以及位于所述摩擦基底和摩擦对偶界面间隙的液体润滑介质；所述摩擦基底具有超疏表面，所述超疏表面对所述液体润滑介质的接触角≥150°；所述摩擦对偶具有水凝胶超亲表面，所述水凝胶超亲表面对所述液体润滑介质的接触角≤20°。2.根据权利要求1所述的多相复合摩擦体系，其特征在于，所述液体润滑介质为极性液体。3.根据权利要求1所述的多相复合摩擦体系，其特征在于，所述极性液体为水或离子液体。4.根据权利要求1所述的多相复合摩擦体系，其特征在于，所述摩擦基底的超疏表面的制备方法包括以下步骤：在摩擦基底表面构造粗糙结构；所述粗糙结构包括微纳米复合结构、微米级结构或纳米级结构；在所述粗糙结构表面沉积烷基链化合物，得到超疏表面。5.根据权利要求4所述的多相复合摩擦体系，其特征在于，所述微纳米复合结构的构造方法为电化学法，包括以下步骤：采用恒压电化学刻蚀法在摩擦基底表面进构筑台阶状微米尺度结构，然后采用恒流电化学刻蚀法在台阶状微米尺度结构上制备纳米级孔道，得到微纳米复合结构；所述纳米级结构的构造方法为化学抛光-电化学刻蚀法，包括以下步骤：采用高氯酸乙醇溶液对摩擦基底表面进行化学抛光，然后再采用恒流电化学刻蚀法在摩擦基底表面构筑纳米级孔道，得到纳米级结构；所述微米级结构的制备方法为化学刻蚀法或激光加工法，所述化学刻蚀法采用的刻蚀液为Piranha溶液；所述激光加工法采用的激光为超短脉冲激光；所述激光加工法构筑的微米级结构包括环型结构、纵横交错型结构或点阵分布型结构。6.根据权利要求4所述的多相复合摩擦体系，其特征在于，所述烷基链化合物包括烷基三氯硅烷、全氟烷基三氯硅烷和全氟烷基三乙氧基硅烷的一种或多种。7.根据权利要求1所述的多相复合摩擦体系，其特征在于，所述摩擦基底的超疏表面的制备方法包括涂覆法，所述涂覆法包括以下步骤：在摩擦基底表面涂覆超干涂料或水性涂料；所述水性涂料的组分包括纤维素、TiO2纳米粒子、表面活性剂、三乙氧基癸酰基硅烷、KH-570、十七氟癸基三乙氧基硅烷和水；所述纤维素和TiO2纳米粒子的质量比为1:1～1:5；所述纤维素和水的质量比为1～5:15～25；所述表面活性剂的体积为水体积的0.02％～0.05％；所述三乙氧基癸酰基硅烷和KH-570的体积比为2:1～5:1；所述三乙氧基癸酰基硅烷和KH-570的总体积和水的体积之比优选为2～4:20～30；所述水和十七氟癸基三乙氧基硅烷的体积比为20～30:0.325～0.625。8.根据权利要求1所述的多相复合摩擦体系，其特征在于，所述摩擦对偶的水凝胶超亲表面的制备方法包括以下步骤：在摩擦对偶表面构造粗糙结构，所述粗糙结构包括微纳米复合结构或微米级结构；对构造有粗糙结构的摩擦对偶表面依次进行清洗、氧等离子体处理和硅烷偶联剂修饰，然后涂覆水凝胶预聚液，之后进行聚合，得到超亲表面；所述水凝胶预聚液的组分包括丙烯酸、丙烯酰胺、α-酮戊二酸、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和去离子水。9.根据权利要求8所述的多相复合摩擦体系，其特征在于，所述微纳米复合结构的制备方法包括电化学法，所述电化学法包括以下步骤：采用恒压电化学刻蚀法在摩擦基底表面进构筑台阶状微米尺度结构，然后采用恒流电化学刻蚀法在台阶状微米尺度结构上制备纳米级孔道，得到微纳米复合结构；所述微米级结构的制备方法为激光加工法；所述激光加工法采用的激光为超短脉冲激光；所述微米级结构包括环型结构、纵横交错型结构或点阵分布型结构。10.权利要求1～9任意一项所述具有跨润湿状态的多相复合摩擦体系的构筑方法，其特征在于，包括以下步骤：将摩擦基底的超疏表面和摩擦对偶水凝胶超亲表面相对设置，在超疏表面和水凝胶超亲表面的界面间隙注入液体润滑剂；在摩擦对偶上施加接触载荷，使摩擦对偶和摩擦基底进行相对运动。