[发明专利]一种具有三维网络夹层结构的光响应智能摩擦复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种具有三维网络夹层结构的光响应智能摩擦复合材料及其制备方法和应用，涉及复合材料技术领域。本发明提供的光响应智能摩擦复合材料，包括相变材料以及依次包覆在所述相变材料表面的光热转换材料和热固性透明聚合物材料。本发明提供的复合材料可以响应近红外光，实现摩擦系数的实时转换；在保证极低磨损率的条件下，研究了不同近红外强度下的摩擦学光响应行为。该策略简单而通用，为光刺激响应材料的设计和制备提供了新的思路，以实现智能摩擦学性能。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种具有三维网络夹层结构的光响应智能摩擦复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

自1966年首次使用以来，“摩擦学”已经被广泛研究，因为它与材料和工程科学以及日常生活相关。摩擦是摩擦学研究的重要组成部分，它是阻碍两个滑动面相对运动的力，会造成大量的能量损失，是机械设备磨损的主要诱因。另一方面，机械设备由复杂的部件组成，依靠摩擦的存在来保持结构的稳定性和完整性。因此，材料科学和工程领域的许多研究都致力于掌握润滑机理和开发摩擦学应用。了解摩擦的目的是更好地调节和应用摩擦。因此，人们从材料科学和工程的角度对摩擦的机理和起源进行了大量的研究。智能摩擦是近年来摩擦学材料领域的研究热点。随着现代工业装备集成化、智能化、小型化程度的提高，摩擦的智能控制有利于根据实际工况实现接口部件间交互作用的实时变化，对保证精度、可靠性、设备的效率和智能具有重要作用。此外，对智能摩擦行为的研究有助于深入了解摩擦的起源和机理，促进其在智能设备、生物传感器、工程机械等领域的应用。

有或有移动倾向的界面之间会发生摩擦，摩擦主要取决于静电相互作用、疏水相互作用和粘着效应。因此，智能摩擦理论上可以通过主动或被动地响应外界刺激，调节界面间的相互作用，从而改变摩擦状态来实现。智能摩擦的关键是构建智能界面，智能界面在自清洁表面、微流控技术、可调谐光学透镜、片上系统的开关反应和药物释放等众多工业应用中具有优势。刺激响应材料对刺激(溶剂、温度、pH、湿度、光和磁场)作出响应，显著改变界面电荷、微观形貌和分子链配置等物理和化学性质，以调整界面润湿性、粘附性和摩擦性。郭等(Guo Y,Liu G,Li G,et al.Solvent-free ionic silica nanofluids:Smartlubrication materials exhibiting remarkable responsiveness to weak electricalstimuli.Chemical Engineering Journal[J].2020,383.)通过带电电晕功能化二氧化硅纳米粒子和低聚链离子链作为冠层，合成了具有核壳结构的无溶剂离子纳米流体；合成的纳米流体作为润滑剂和添加剂时，表现出优异的减阻性能，其减阻性能可通过加载或卸载外部功率和改变电势方向进行调节。然而，材料对外界刺激的响应通常需要一定的时间，因此实时摩擦切换仍然是一个挑战。

石墨烯因其优异的导电性、导热性、机械强度、自润滑(如超润滑)、超导电性等而引起学术界和制造界的广泛关注。氧化石墨烯(GO)是石墨烯的衍生物，其特点是在表面引入了许多含氧官能团，如羧基、羟基、环氧基等，同时保持了二维材料的特性。这些特性使其在与聚合物和有机溶剂的复合中具有良好的分散性。到目前为止，人们对添加氧化石墨烯的聚合物基或液体基材料进行了大量的研究，以增强其减摩耐磨性能。但是目前石墨烯作为减摩降磨添加剂，虽然可以一定程度提升摩擦学性能，但是这种性能的改善是配料设计完成后就已经被决定好的，即摩擦学性能(摩擦系数)无法在摩擦过程中根据外界环境变化实时调控，无法实现智能摩擦。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有三维网络夹层结构的光响应智能摩擦复合材料及其制备方法和应用，本发明提供的复合材料能够对摩擦系数进行实时转换，为光刺激响应材料的设计和制备提供了新的思路，以实现智能摩擦学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种具有三维网络夹层结构的光响应智能摩擦复合材料，包括相变材料以及依次包覆在所述相变材料表面的光热转换材料和热固性透明聚合物材料。