盡管，通常通過將無機(jī)磁性顆粒嵌入到親水性有機(jī)聚合物網(wǎng)絡(luò)中制備的磁性水凝膠已經(jīng)在生物醫(yī)學(xué)、仿生學(xué)和智能軟材料等領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。但是，開發(fā)其對應(yīng)物即僅由無機(jī)磁性顆粒和水構(gòu)成的凝膠仍然是一項(xiàng)吸引人的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗哂兄苽浞奖恪踩愿摺⑸鷳B(tài)友好和在強(qiáng)輻照條件下良好穩(wěn)定性等潛在優(yōu)勢。此外，雖然磁性凝膠已被用于許多工業(yè)和生物醫(yī)學(xué)相關(guān)領(lǐng)域，但關(guān)于磁性凝膠在摩擦學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用的報(bào)道仍然較為罕見。
近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所徐路研究員團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種僅由氨基化四氧化三鐵納米顆粒和水組成的高潤滑、自愈合、可化學(xué)降解、阻燃與抗輻射磁性凝膠。在高速離心作用下，復(fù)合四氧化三鐵納米顆粒表現(xiàn)出強(qiáng)的靜電斥力或弱的范德華締合，可在2 - 12的寬pH范圍內(nèi)形成高含水量凝膠。所制得的磁性凝膠具有高機(jī)械彈性、良好的觸變性能、可控制的磁誘導(dǎo)遷移性能、鹽酸驅(qū)動(dòng)的化學(xué)降解性能、高阻燃性和耐高強(qiáng)度紫外輻照性能，因而可以作為一種新型的多功能、智能與環(huán)境友好型半固體潤滑劑。通過產(chǎn)生能夠同時(shí)提供滾動(dòng)和修復(fù)作用并在潤滑過程中發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)的高強(qiáng)度界面“摩擦潤滑膜”，該凝膠材料在所施加的載荷高達(dá)800 N時(shí)，仍然能夠提供超低摩擦和磨損。相關(guān)研究因此可能為適用于納米技術(shù)、機(jī)械工程和膠體化學(xué)領(lǐng)域的新型無機(jī)智能材料的設(shè)計(jì)提供新的范例。
所制備純無機(jī)磁性凝膠材料的亮點(diǎn)性能匯總：
1. 高承載下的優(yōu)異潤滑性能：在潤滑過程中形成的“摩擦潤滑膜”及納米顆粒的滾動(dòng)及修復(fù)作用下，即使對凝膠施加的載荷高達(dá)800和1000 N，其摩擦系數(shù)也能分別維持在~0.03和~0.08，同時(shí)表現(xiàn)出超低的磨損程度。這是首次發(fā)現(xiàn)純無機(jī)納米顆粒的半固體潤滑劑能夠?qū)崿F(xiàn)如此良好的承載能力，此性能對重型設(shè)備的潤滑具有重要的意義。
2. 自修復(fù)性能：在交替經(jīng)受100%和1%的剪切應(yīng)變時(shí)，該凝膠的粘彈性急劇衰減并完全恢復(fù)，且這種破壞/修復(fù)循環(huán)可至少重復(fù)5次，顯示出良好的自修復(fù)能力。在可逆的范德華力作用下，經(jīng)切割而成的兩片四氧化三鐵凝膠塊還可以快速自發(fā)愈合為一個(gè)整體。這也是首次在純無機(jī)凝膠體系中觀察到切割-自愈合行為。該自修復(fù)特性可以使凝膠在作為潤滑劑時(shí)有效地克服摩擦和磨損引發(fā)的材料性能損傷問題，繼而實(shí)現(xiàn)重型設(shè)備或復(fù)雜工況下的長期自適應(yīng)潤滑。
3. 可化學(xué)降解性能：該磁性凝膠能夠在稀鹽酸介質(zhì)中可完全溶解并化學(xué)降解為無機(jī)鹽，因而能夠避免廢棄凝膠的棄置和排放所造成的各種環(huán)境污染問題，從而很好地契合了綠色化工和可持續(xù)化學(xué)相關(guān)研究理念。
4. 良好的阻燃性能：由于Fe3O4凝膠因子的高熱穩(wěn)定性和大量水的存在，所制備的磁性凝膠潤滑劑呈現(xiàn)出了高阻燃性，故而可作為一種傳統(tǒng)有機(jī)磁性潤滑脂的安全替代品用于各種摩擦學(xué)和機(jī)械工程領(lǐng)域。
該工作以“Highly Lubricative, Self-Healing, Chemical Degradable, Anti-Flaming and Anti-Irradiating Magnetic Gels Simply Prepared from Binary Mixtures of Fe3O4 Nanoparticles and Water”為題發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A上，并入選期刊封面。蘭州化學(xué)物理研究所為論文的第一單位，研究所科研助理胡璐琳為論文的第一作者，楊軼副研究員和徐路研究員為論文的通訊作者。以上工作得到了中國科學(xué)院高層次人才計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、蘭州化物所特聘人才計(jì)劃項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目與煙臺(tái)先進(jìn)材料與綠色制造山東省實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D3TA06133G
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