关键词
固体润滑国家重点实验室，α-磷酸锆纳米片，原位聚合法，聚酰亚胺基复合材料
二维（2D）层状材料层内原子以强化学键结合、而相邻层间存在弱范德华力的结构特征使其层间在剪切力作用下易于滑动，从而表现出优异的润滑性能。在2D层状材料家族中，α-磷酸锆纳米片（α-ZrP）具有分子结构稳定、纵横比可控、晶型好、抗氧化以及制备容易等特点，常被视为研究2D层状化合物的理想模型。另一方面，聚酰亚胺（PI）以其优异的力学性能和较高的热稳定性被广泛用做自润滑、密封和结构件材料，在航天航空器和其它机械设备的零部件中用途广泛。然而单一组分的PI材料由于摩擦系数高和磨损率大而难以满足设备零部件对高比模量、高比强度和高耐磨性能材料应用的需求。因此，对多功能、高性能的PI基复合材料的研发成为科学界和工业界的研究热点与发展趋势。
中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室王金清研究员课题组通过原位聚合法成功制备了一系列聚酰亚胺/α-磷酸锆（PI/ZrP）复合材料，研究了α-ZrP纳米片的添加对PI性能的影响，并通过原子力显微镜对纳米片在PI基体中的分布情况进行了微观表征。结果表明：复合材料的热稳定性、力学性能和摩擦学性能的改善取决于α-ZrP纳米片在PI基体中的分散性能和分布情况，且纳米片添加量的控制是改善PI性能的关键因素。当α-ZrP纳米片在PI中的添加量为0.6 wt%时，其在PI基体中分布最为均匀，此时复合材料的综合性能达到最佳。与纯PI相比，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了13.7%和35.7%，磨损体积降低约85%。这是由于分散良好的α-ZrP纳米片可以与PI基体形成丰富的界面相互作用，使PI的拉伸强度、断裂伸长率和抗磨性能均得到显著改善。本工作为利用其它2D层状纳米片改善聚合物材料的性能提供了新的思路和范例。
相关结果在线发表在Macromolecular Materials and Engineering （DOI:10.1002/mame.202000043）上，文章第一作者为中国科学院兰州化学物理研究所硕士研究生武志涛。
作者：Zhitao Wu, Weihong Jia, Dr. Zhangpeng Li*, Dr. Kaiming Hou, Limin Ma,Prof. Jinqing Wang*, and Prof. Shengrong Yang
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/mame.202000043
责任编辑：杨慧娴
