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大連理工大學團隊提出一種提高PPESK復合材料耐磨性的界面改性新策略

高速、重載、極端環境等苛刻條件下服役的高端裝備傳動或轉動系統對耐高溫、高耐磨、高強度樹脂基自潤滑復合材料需求迫切。雜萘聯苯聚芳醚酮（PPESK）既耐高溫又可溶解，是一種非常有潛力的高性能工程塑料，其自潤滑復合材料具有較優的摩擦性能。然而，樹脂基復合材料為多相體系，存在填料與基體相容性較差的問題。摩擦過程中填料容易從基體相中脫離，導致復合材料磨損量增大，從而限制了其實際應用。因此，迫切需要開發一種優化填料與基體之間界面結合強度的簡便策略，以提高復合材料的耐磨性能。

耐磨自潤滑樹脂基復合材料組分中同時包括多種硬質增強相和固體潤滑相，各組分的表面結構各不相同且界面相互作用復雜，單一偶聯劑的使用難以滿足界面改性的需求。因此，合適的偶聯劑種類、含量及其之間的協同作用對復合材料的界面性能和摩擦性能至關重要。

近日，大連理工大學蹇錫高院士團隊以硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑復配對耐磨自潤滑填料實現一步法界面改性，并通過模壓成型制備出磨損性能優異的PPESK復合材料。利用RSM 的“Box-Behnken Design”分析偶聯劑種類、含量及其相互作用對PPESK 復合材料磨損系數的影響，并得出最佳改性策略。通過XPS、XRD 譜圖表征偶聯劑的改性情況，并對復合材料的摩擦性能、熱性能和力學性能進行評價。利用掃描電子顯微鏡（SEM）和三維表面測量系統（3D）對磨損表面進行觀察，分析復合材料的潤滑機理。在此基礎上，制備了樹脂基復合材料航空發動機燃油泵高速止推軸承，并研究了其在3 號噴氣燃料環境中的摩擦性能和介質耐受性能。該工作以“Anovelinterfacial modificationstrategyto improvethewearresistance ofPPESKcomposites”為題發表在CompositesPart A:AppliedScienceand Manufacturing。相關研究工作得到國家自然科學基金（52203081）等資助。

（本刊記者 逸飛）

兩次凝膠化策略制備構型可編輯的高強度氣凝膠

輕質多孔氣凝膠作為納米材料中的明星材料之一，近年來在各種新興領域受到了廣泛關注。但由于其密度低、力學性能弱，其構型編輯能力面臨挑戰。

中國科學院蘇州納米所張學同團隊受民間藝術（陶藝、折紙、編織）啟發，建立了一種高效的兩次凝膠化(TC)策略，實現構型可編輯高強氣凝膠的制備。

值得注意的是，氣凝膠的比拉伸模量和韌性分別高達666 MPa·cm3·g-1和2093 kJ· m-3，具有高比拉伸模量和高韌性的雙重性質。結構分析表明有機凝膠、水凝膠，尤其是氣凝膠的強度增強主要是由于TC 過程中交聯密度的增加和氣凝膠的骨架演化。

溶膠–凝膠過程和凝膠力學性能的有效調節為通過“軟變硬”調制機制進行構型編輯、構型鎖定和制造復雜構型的高強氣凝膠奠定了基礎。更具體地說，構型編輯基于有機凝膠的柔韌性，易于變形和恢復。構型鎖定依賴于從有機凝膠到水凝膠的力學增強。最后，通過溶劑交換和超臨界干燥，制備出具有復雜構型的高強度氣凝膠。通過結構設計和參數調控，具有復雜構型的氣凝膠能夠突破其力學性能極限。

通過特定的構型設計，氣凝膠的隔熱性能可進一步提高，同時將氣凝膠的應用從傳統領域擴展到可調節熱管理器件、刺激響應形狀記憶器件等新領域。該研究為構型可編輯氣凝膠的設計提供了重要見解，有望推動具有特殊構型高強度多孔材料的發展。

該工作以“Folkartsinspiredtwice-coagulated configuration-editabletoughaerogelsenabled bytransformablegel precursors”為題，發表在期刊NatureCommunications上。文章第一作者是中國科學院蘇州納米所李立山博士，通訊作者為張學同研究員，合作者包括青島科技大學的馬風國博士。該工作獲得了國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金等資助。

左圖為兩次凝膠化策略制備可編輯的高強氣凝膠設計方案。

（本刊記者 逸飛）

中國科學院海洋所超雙疏自清潔防腐防冰涂層研究獲新進展

近日，中國科學院海洋研究所在有機-無機復合雜化超雙疏自清潔防腐防冰涂層研究方面取得新進展，相關成果以"Hybridsuperamphiphobic anti-corrosioncoatingwith integratedfunctionalities ofliquidrepellency,selfcleaning,andanti-icing"為題在國際學術期刊Journal ofMaterialsScience&Technology發表。

受荷葉效應啟示的超疏水材料，因其優異的界面不潤濕特性，在自清潔、海洋防腐、低溫防覆冰、液體輸運、能量收集、織物傳感等領域具有廣闊應用前景。大量研究證實，表面超疏水化是減緩金屬與合金材料腐蝕失效的重要途徑。然而，目前超疏水防腐材料仍面臨諸多挑戰亟待解決，例如機械穩定性不足、低表面張力液體易黏附、空氣層耐壓性欠佳等。

針對低表面張力液體在超疏水表面的潤濕黏附和“扎釘”現象導致的空氣層屏蔽功能失效問題，海洋所科研人員采用有機-無機復合雜化和表面噴涂技術，設計制造了一種兼具超疏水和超疏油特性的超雙疏防腐防冰涂層。研究結果發現，所制備的超雙疏自清潔涂層對不同表面張力的液體均展現出優異的斥液性和液體無損傳輸功能。電化學測試結果顯示，涂層表面電荷轉移電阻較空白碳鋼基體提升8 個數量級、腐蝕電位正移590 mV、腐蝕電流下降4 個數量級。同時，涂層在經受480 h 鹽霧加速腐蝕和2400 h 戶外大氣腐蝕暴露測試后仍維持性能穩定。-10 ℃和-15 ℃低溫環境下的結冰測試也進一步揭示了涂層具有顯著的延遲結冰和降低界面冰黏附力特性。以上研究結果充分證實了該涂層具備優異的防腐防冰功能、規?；苽浜屯茝V應用潛力，為海洋防腐防污先進材料與技術開發奠定重要基礎。

本研究工作得到了山東省優秀青年科學基金、中國科學院青年創新促進會和山東省聯合基金重點項目資助。

下圖為有機-無機復合雜化超雙疏涂層及其長效防腐與延遲結冰功能。

（本刊記者 逸飛）

上海光機所高重頻高功率超快激光器研究取得進展

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室在高重頻高功率超快激光器研究方面取得進展，相關成果以“417W,2.38mJInnoslabamplifier compressibletoahigh pulsequality406fs”為題發表于OpticsLetters。

大功率、大能量、窄脈寬的超快激光器對于科研和工業應用具有重要意義。與摻釹的全固態皮秒激光器相比，摻鐿的全固態亞皮秒激光器通常采用啁啾脈沖放大技術在相同的脈沖能量下具有更高的峰值功率，并且通過進一步的非線性壓縮可以達到100 fs 以下甚至少周期量級的脈沖寬度，極大地擴展了摻鐿超快激光器的應用場景。部分端面泵浦的板條（Innoslab）放大器是實現高功率超快激光放大的主要手段之一。

本研究完成了基于平凸柱面鏡結構的數百瓦量級Innoslab 超快激光器的研制。通過采用平凸柱面鏡混合腔結構，實現了自激振蕩抑制，設計并研制了高增益、高功率的Innoslab 放大器。其實現了平均功率417 W，重復頻率175 kHz 的啁啾脈沖放大輸出，輸出光束在脈沖能量為1.7 ～2.38 mJ的范圍內都表現出了良好的脈沖質量，壓縮脈沖寬度為406 fs，且脈沖形狀規范，無基座或旁瓣，是目前Innoslab 激光器在毫焦耳能量范圍內、數百瓦平均功率下的最短脈沖寬度。試驗中對脈沖的演化過程也進行了定性分析，認為來自激光器前端殘余的高階色散、放大器的增益濾波效應、展寬器和壓縮器之間三階色散的輕微失配，以及放大器中累積的非線性相移的綜合效應實現了高脈沖質量的輸出，為Innoslab 放大器獲得更短脈沖寬度提供了新的思路。該激光器將應用于高次諧波產生和微納加工等相關應用領域。相關工作得到國家自然科學基金和上海市領軍人才項目的支持。

（本刊記者 逸飛）

浙江大學團隊面向極端熱管理的高導熱石墨質膜研究取得新進展

在航空航天、核電站、超頻計算和極寒天氣等極端復雜應用條件下，內部散熱材料、器件和系統面臨著極大的考驗。高導熱石墨質膜（GF）作為一類重要的輕質高性能散熱材料已被廣泛使用。然而，極端使役條件下高導熱石墨質膜的性能可靠性和結構穩定性尚未明確，其在復雜工況下的結構失效機制仍是空白。

浙江大學高超教授團隊首次報道了GF 在循環液氮沖擊過程中出現的異常表面鼓泡新現象，并揭示了其結構破壞機制，即氮氣分子在GF 的內部結構空隙中遵循“滲透–擴散–變形”行為模式。該工作提出了一類通用的無縫異質界面增強的結構設計，有效克服了高導熱GF 在極端液氮沖擊下固有的結構失穩并維持了高導熱性，為開發應用于極端環境的下一代熱管理材料提供了新思路。該工作以“Highlythermallyconductiveandstructurally ultra-stablegraphitic filmswithseamless heterointerfacesforextreme thermalmanagement”為題發表在Nano-MicroLetters上。

為探究GF 在極端溫變環境下結構與性能的穩定性，該研究引入了從液氮環境到大氣環境的快速循環沖擊試驗（LNS 試驗）?；趯F 在LNS試驗中出現的異常表面鼓泡現象的研究，該文提出了一種GF 的結構失效機制，即當GF 浸入液氮中時，N2分子通過其表面縫隙滲透進入，并在其內部空隙中聚積。當將GF 從極冷液氮環境移至大氣環境時，溫度的急劇變化觸發GF 中已滲透的N2分子由液相向氣相轉變，內部N2體積急劇膨脹致使石墨烯層間發生局部大形變，最終導致表面氣泡的形成并使GF 結構破壞。同時，觀察到GF 內部空隙結構及其深度（～9 μm）與氣泡壁厚度（～9 μm）一致性，為該結構破壞機制提供了實證支撐。分子動力學模擬結果表明，GF 的結構失效行為與其表面及內部缺陷密切相關，為下一步提高GF 在循環LNS 試驗過程中的結構穩定性提供了理論指導。

為了提高GF 的結構穩定性，該研究提出了一種通用的無縫異質界面策略，利用磁控濺射的技術手段在GF 表面構建無縫超薄納米銅層。給石墨質膜穿上一層納米金屬鎧甲，實現填補界面空隙和抵御外力形變，抑制氮氣的氣泡成核與生長，從而消除液氮沖擊下的石墨質膜表面鼓泡。GF@Cu 與原始GF 相比，表面缺陷密度從～ 9.6%下降到～ 0，這使其在LNS 試驗中可以有效地阻止N2分子通過表面缺陷擴散進入其內部。分子動力學結果也表明，構建的無縫異質界面結構有效地減少了內部N2的聚積，使氣泡成核的概率降低，從而避免了鼓泡的結構破壞。左圖為不同石墨質膜（GF）在LNS 試驗前后的表面形貌。

（本刊記者 逸飛）

“DNA 工業納米機器人”為微觀結構制備開辟新途徑

在現代制造業中，工業機器人因能完成高精度自動化操作而成為關鍵組成部分。而納米級的工業機器人，作為創新的制造平臺，在處理和生產納米材料方面展現出巨大的應用潛力。如今，DNA 納米技術在制造納米機器人方面也顯示出巨大潛力。

近期，中國科學院寧波材料技術與工程研究所周峰副研究員在設計和制造能自我復制的三維DNA 納米機器人方面取得了重要進展。在這項研究中，團隊創新地運用DNA 納米技術，結合可折疊的支架結構和多重響應控制方式，成功研發出一種新型的三維DNA 工業納米機器人。這些機器人能夠在納米尺度上自動執行重復任務，并可以高精度地制造出具有特定結構的手性納米材料。該納米機器人的大小約為100 nm，它們能夠利用溫度和紫外線（UV）來操控和對齊納米尺寸的零件，然后將納米零件精準地焊接在一起，制造出所需的納米結構，并在完成后重置，以進行下一個操作。這種方法使得這些納米機器人能用普通零件制造出具有光學特性的手性納米產物。此外，這些納米機器人還可以通過“可控折疊”技術增加制造過程中的靈活性。這種技術使得機器人能夠完成三維結構的多循環自我復制，這對于實現納米材料的大規模生產至關重要。

這一成果以“Toward Three-DimensionalDNA IndustrialNanorobot”為題發表在ScienceRobotics學術期刊上，得到了中國科學院相關項目的支持，是寧波材料所與美國紐約大學的重要合作成果。下圖為DNA 工業納米機器人用于手性納米材料的組裝制備。（本刊記者 逸飛）