軟物質(zhì)濕滑材料在受力剪切條件下通常會(huì)發(fā)生變形，不利于滑動(dòng)界面實(shí)現(xiàn)低摩擦。由于水作為潤(rùn)滑劑黏度較低，在高載荷（特別是球-盤）接觸條件下，軟物質(zhì)系統(tǒng)的摩擦力來(lái)源于剪切過(guò)程中接觸表面之間的界面相互作用力（Fint）和接觸變形引起的阻礙效應(yīng)（Fdef）。在保證表面水化的條件下，最大限度降低變形，是實(shí)現(xiàn)軟物質(zhì)類濕滑材料潤(rùn)滑與承載性能統(tǒng)一的有效策略之一。
受鯰魚肌肉硬化觸發(fā)的表皮系統(tǒng)潤(rùn)滑轉(zhuǎn)變行為啟發(fā)（圖1），中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員周峰團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種新型模量自適應(yīng)潤(rùn)滑水凝膠材料。
該材料由微米級(jí)厚度的表面聚電解質(zhì)親水潤(rùn)滑層和具有熱觸發(fā)相變特征的水凝膠承載層組成。在低溫條件下，材料處于柔軟狀態(tài)（模量：~0.3 MPa），滑動(dòng)剪切會(huì)引起材料的嚴(yán)重彈性形變，摩擦對(duì)偶與材料表面接觸充分，使界面摩擦系數(shù)較大（μ~0.37）。在維持材料表層水化狀態(tài)不變的條件下，對(duì)該材料進(jìn)行加熱致使承載層凝膠發(fā)生相分離進(jìn)而變硬（模量：~120 MPa），可大幅度抑制滑動(dòng)剪切過(guò)程中材料的變形，導(dǎo)致摩擦對(duì)偶與材料表面接觸面積減小，摩擦系數(shù)顯著降低（μ~0.027）（圖2a）。
理論模擬結(jié)果表明，顯著的潤(rùn)滑轉(zhuǎn)變行為歸因于模量動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變的自適應(yīng)接觸演化機(jī)制（圖2b）。這種基于接觸形態(tài)的潤(rùn)滑調(diào)控行為具有響應(yīng)快、可逆性好及寬范圍載荷耐受性特點(diǎn)（圖2c-d）?；诖?，科研人員開發(fā)出智能潤(rùn)滑型水凝膠子彈和功能貼片，有望用于工程沖擊穿刺和移動(dòng)裝備制動(dòng)等領(lǐng)域（圖3、4）。
該研究對(duì)于認(rèn)識(shí)接觸與摩擦、潤(rùn)滑行為的科學(xué)關(guān)系，發(fā)展高性能水潤(rùn)滑涂層，開發(fā)仿生智能潤(rùn)滑系統(tǒng)和軟體機(jī)器人具有重要意義。相關(guān)研究成果以Modulus adaptive lubricating prototype inspired by instant muscle hardening mechanism of catfish skin為題，發(fā)表在Nature Communications上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）培育項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、蘭州化物所“十四五”規(guī)劃重點(diǎn)培育項(xiàng)目等的支持。
