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微纳尺度固体超滑研究进展

摩擦学学报（中英文） 2024年第4期44卷 437-459页

作者：孙军辉张鑫张金璐葛蒲宇程子文蒲吉斌鲁志斌钱林茂西南交通大学机械工程学院牵引动力国家重点实验室四川成都610031 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甘肃兰州730000 中国科学院宁波材料技术与工程研究所中科院海洋新材料与应用技术重点实验室浙江宁波315201

超润滑,指摩擦阻力极低的状态,是润滑技术发展追求的终极目标.超滑能够大幅度减小甚至消除滑动界面的摩擦磨损、抑制摩擦能量耗散,有效延长运动部件的可靠性和服役寿命,具有重要的基础研究和工程应用价值.鉴于微纳尺度固体超滑是实现宏... 详细信息

超润滑,指摩擦阻力极低的状态,是润滑技术发展追求的终极目标.超滑能够大幅度减小甚至消除滑动界面的摩擦磨损、抑制摩擦能量耗散,有效延长运动部件的可靠性和服役寿命,具有重要的基础研究和工程应用价值.鉴于微纳尺度固体超滑是实现宏观工程超滑的基础,是可能解决现代制造业超精密、微型化发展面临严重摩擦磨损瓶颈问题的有效途径,因此有必要对学术界目前实现微纳尺度固体超滑的原理和典型方法进行探讨,深化认识固体超滑的实现策略,提高摩擦学研究服务现代文明的支撑能力.从早期的生活生产经验总结,到近代的机械啮合理论、黏着学说乃至当代原子分子水平摩擦理论,人们对摩擦和润滑的认识不断提高,但都不曾回避“摩擦总是伴随着动能/机械能消耗”的观点,即摩擦是界面滑动发生能量耗散的力学体现,滑动势垒的存在是滑动产生摩擦阻力的本征原因.因此,本文中将围绕如何降低滑动势垒、减小摩擦耗散的思辨理念,介绍当前固体超滑研究的发展和现状,着重探讨实现微纳尺度超滑的一般策略,简要综述学术界目前典型固体超润滑的原理和方法等.首先,介绍了结构超滑的提出、发展及其应用;其次,探讨了连续滑动超低摩擦行为的基础原理及应用等;此外,阐述了近年来提出的压力诱导超滑的理念,着重从现象发现、基本原理、试验观测方法及其可能的基础和应用价值等方面,介绍了压力诱导超滑的研究进展.最后,从基础研究和应用技术开发方面提出了超滑研究可能需要加强的几方面内容.以期通过当前综述,丰富学术界对超润滑的基本问题、科学意义及其应用价值的认识,阐明固体超滑的微观机理、实现策略,指出固体超滑面临的挑战及发展方向,助力固体超润滑从基础研究向工程应用迈进.

关键词：超润滑超低摩擦结构超滑连续滑动压力诱导超滑

壳聚糖-京尼平纳米凝胶体系交联动力学与应用

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高分子学报 2024年第3期55卷 275-286页

作者：赵欣悦李培通刘砚华胡冰刘勇刚陈全中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室长春130022 中国科学技术大学应用化学与工程学院合肥230026 南京农业大学食品科技学院南京210095

天然交联剂京尼平交联壳聚糖稀溶液可得到具有生物相容性的纳米凝胶.利用非对称流场流分离(AF4)对该纳米凝胶交联过程中的尺寸分布及结构演化进行系统研究,发现纳米凝胶分子量分布很宽,跨越3个数量级,但尺寸分布较窄.为探究该规律的普适... 详细信息

天然交联剂京尼平交联壳聚糖稀溶液可得到具有生物相容性的纳米凝胶.利用非对称流场流分离(AF4)对该纳米凝胶交联过程中的尺寸分布及结构演化进行系统研究,发现纳米凝胶分子量分布很宽,跨越3个数量级,但尺寸分布较窄.为探究该规律的普适性,系统研究了预聚物链的分子量以及交联剂浓度对于凝胶行为的影响.发现:(1)不同分子量预聚物得到的纳米凝胶具有相似的尺寸与分子量分布特征,其中相同分子量产物的特征尺寸会随着预聚物分子量的降低而减小,这一现象是由于达到相同尺寸时,低分子量预聚物形成凝胶支化程度更高造成的,这一结论也进一步通过分析比较反应程度与链内密度得到证实;(2)随着交联浓度的提高,凝胶特征尺寸先逐渐降低再逐渐升高.这是由于京尼平具有2个交联位点,交联分两步进行,尺寸降低是由于链内交联密度增加造成纳米凝胶网络结构塌缩,后续尺寸升高是由于第一步交联过度后,反而不利于第二步交联的进行;(3)制备的壳聚糖-京尼平纳米凝胶由于其尺寸的均一性和亲疏水平衡性,可作高效乳化剂制备Pickering乳液:仅需要0.57wt%的壳聚糖纳米凝胶就可以制备稳定的含油量可高达90%的Pickering乳液.

关键词：壳聚糖京尼平交联纳米凝胶场流分离高内相乳液

可调谐的声学型石墨烯等离激元增强纳米红外光谱

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物理学报 2024年第13期73卷 336-345页

作者：段谕戴小康吴晨晨杨晓霞郑州大学河南先进技术研究院郑州450001 国家纳米科学中心中国科学院纳米科学卓越创新中心中国科学院纳米光子材料与器件重点实验室中国科学院纳米标准与检测重点实验室北京100190 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

纳米红外光谱(nano-infrared spectroscopy,nano-IR)技术能够突破光的衍射极限,实现约10 nm空间分辨率的红外光谱检测,是研究纳米尺度物质化学成分和结构的重要技术手段.然而,由于纳米物质的尺寸与红外光的波长存在较大失配,导致其红外... 详细信息

纳米红外光谱(nano-infrared spectroscopy,nano-IR)技术能够突破光的衍射极限,实现约10 nm空间分辨率的红外光谱检测,是研究纳米尺度物质化学成分和结构的重要技术手段.然而,由于纳米物质的尺寸与红外光的波长存在较大失配,导致其红外吸收信号微弱.本文理论提出了一种基于纳米腔室的声学型石墨烯等离激元(nanocavity-acoustic graphene plasmon,n-AGP)可调谐增强nano-IR检测平台.该平台可实现超高光场压缩(模式体积Vn-AGP≈10-7λ_(0)~3,λ_(0)=6.25μm)和约50倍电场增强的n-AGP激发.通过调控金纳米腔室结构和石墨烯费米能级,我们实现了n-AGP的宽频段动态调控(1290—2124 cm^(-1)).此外,由于n-AGP的电磁场高度局域在纳米腔室内,具有高的探测灵敏度,可实现单个蛋白质颗粒酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带振动指纹特征的探测(灵敏度提高约9倍).这一基于n-AGP的增强结构拓展了nano-IR技术在单分子尺度的表征能力,可广泛应用于生物、催化等领域.

关键词：石墨烯纳米腔室等离激元表面增强红外光谱

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基于大变形疲劳理论的橡胶材料及制品疲劳寿命预测方法

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高分子材料科学与工程 2024年第7期 103-111页

作者：刘超罗传富中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室中国科学技术大学应用化学与工程学院

基于橡胶大变形疲劳理论提出了一套橡胶材料及其制品的疲劳寿命预测方法。该方法主要包括橡胶超弹性本构模型拟合以及有限元分析和疲劳仿真联合模拟2个步骤。由橡胶材料单轴拉伸疲劳实验数据使用最小二乘法拟合得到Mooney-Rivilin本构... 详细信息

基于橡胶大变形疲劳理论提出了一套橡胶材料及其制品的疲劳寿命预测方法。该方法主要包括橡胶超弹性本构模型拟合以及有限元分析和疲劳仿真联合模拟2个步骤。由橡胶材料单轴拉伸疲劳实验数据使用最小二乘法拟合得到Mooney-Rivilin本构模型材料参数。文中开发了具有自主知识产权的CIAC-SAFE疲劳仿真软件，并根据材料参数联合开源有限元模拟软件模拟的方法预测了哑铃型橡胶薄片单轴拉伸工况下的疲劳寿命，通过与实验结果比较验证了联合模拟方法的准确性。通过静态模拟数据来等效计算稳态滚动工况载荷历程，应用大变形疲劳理论方法预测V型带式模型以及橡胶轮胎模型稳态滚动工况下的疲劳寿命，根据预测结果对橡胶带式无极变速器（CVT）及橡胶轮胎的结构设计提出了优化建议，这表明该方法可以用于橡胶产品的设计前期，为产品开发节约时间和成本，也为深入理解橡胶材料疲劳及失效提供理论参考。

关键词：有限元分析疲劳仿真大变形疲劳理论本构模型

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稀土催化乙烯与极性烯烃共聚合研究

高分子学报 2024年

作者：梁旦姜洋李世辉崔冬梅中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室中国科学技术大学应用化学与工程学院

考察了（Flu-CH2-Ph）Sc（CH2SiMe3）2（THF）(1)、（Flu-CH2-C5H4N）Sc（CH2SiMe3）2（2）、（Flu-CH2CH2-NHCC6H2Me3-2,4,6）Sc（CH2SiMe3）2（3）、（Flu-CH2CH2-NHC-C6H4Me）Sc（CH2SiMe3）2（4）空间位阻大小不等的4种稀土催化剂,对乙烯与1.1倍摩尔量AliBu3保护的5-己烯-1-醇（M2）的共聚合行为.其中,催化剂1的催化活性最高,达到1.32×10～6 g·molSc-1·h-1,但产生的是乙烯均聚物,催化剂2无催化活性,催化剂3和4的活性分别为0.38×10～6和1.24×10～6 g·molSC-1·h-1,生成了M2插入率分别为0.7 mol%和1.8 mol%的共聚物.对不同烷烃链长间隔的极性烯烃单体,催化剂4对9碳烷烃间隔的10-十一烯-1-醇（M3）与乙烯共聚合活性最高(1.19×10～7 g·molSc-1·h-1)、共聚能力最强（M3插入率为4.9 mol%）.系统研究了极性单体M3浓度、聚合温度、乙烯压力等,对催化剂4催化乙烯与M3共聚合活性及其插入率的影响规律.通过NMR、GPC和DSC对所得的乙烯-极性烯烃共聚物进行了微观结构、热性能分析.

关键词：稀土极性单体共聚合功能化聚烯烃乙烯

中性镍催化制备聚烯烃弹性体：位阻与次级配位协同作用

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有机化学 2024年

作者：李乾坤穆红亮简忠保中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室中国科学技术大学应用化学与工程学院

水杨醛亚胺中性镍是一类经典的乙烯聚合催化剂，通过对其结构的精细调控，能够制备出多种不同特性的聚乙烯材料，如高支化的聚乙烯油以及低支化的超高分子量聚乙烯等。然而，在制备弹性体材料方面，该催化剂面临一定的挑战。本工作中设... 详细信息

水杨醛亚胺中性镍是一类经典的乙烯聚合催化剂，通过对其结构的精细调控，能够制备出多种不同特性的聚乙烯材料，如高支化的聚乙烯油以及低支化的超高分子量聚乙烯等。然而，在制备弹性体材料方面，该催化剂面临一定的挑战。本工作中设计合成了两种同时含有大位阻和邻位杂原子基团的芳胺，用于合成水杨醛亚胺配体及相应的中性镍催化剂（Ni2和Ni3）。系统地考察了温度和乙烯压力对催化性能的影响，揭示了催化剂热稳定性、催化活性，以及聚乙烯分子量和支化度的变化规律。杂原子基团的次级配位效应与芳胺的空间位阻效应相结合，使得包含-SO2Ph基团的催化剂Ni3实现了支化度（61 brs/1000C）与分子量(M_n=15.29×10～4 g mol-1)的平衡，为制备性能优异的聚乙烯弹性体材料提供了有力支撑。空间位阻与次级配位效应的协同作用为新型水杨醛亚胺中性镍催化剂的开发，以及相关催化剂的设计和优化提供了新的思路。

关键词：次级作用位阻效应中性镍催化剂水杨醛亚胺聚烯烃弹性体

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纳米孔蛋白质测序

生物化学与生物物理进展 2024年

作者：李梓溢伊雅琨刘蕾吴海臣中国科学院化学研究所活体分析化学重点实验室北京分子科学国家实验室中国科学院大学化学科学学院中国科学院高能物理研究所纳米生物效应与安全性重点实验室

基因组计划的成功不仅深化了人类对基因组结构的理解，也促使研究重点逐渐转向对蛋白质组学的解析。鉴于蛋白质在调节生物体内众多生理过程中的核心作用，蛋白质测序技术的发展显得尤为重要。DNA测序领域取得的巨大成就已经激发了研究... 详细信息

基因组计划的成功不仅深化了人类对基因组结构的理解，也促使研究重点逐渐转向对蛋白质组学的解析。鉴于蛋白质在调节生物体内众多生理过程中的核心作用，蛋白质测序技术的发展显得尤为重要。DNA测序领域取得的巨大成就已经激发了研究者对纳米孔技术在蛋白质测序应用中的兴趣，特别是其在快速、便捷及成本效益方面的潜力。本文综述了当前蛋白质测序的主要方法，并特别聚焦于纳米孔蛋白质测序面临的挑战、最新的进展以及重大突破。我们认为，随着纳米孔技术的持续改进，该技术有望在蛋白质组学领域提供更高效和更精准的测序解决方案。

关键词：蛋白质测序纳米孔电化学传感单分子分析

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纳米级光学超分辨成像技术研究及展望

生物化学与生物物理进展 2024年

作者：潘天颖谷陆生纪伟中国科学院生物物理研究所生物大分子国家重点实验室

荧光显微成像技术能够将细胞生理活动可视化，是现代生命科学研究的重要手段。超分辨成像技术的出现将研究推进到亚细胞结构层次，而具有纳米级分辨率的单分子定位成像技术成为了研究细胞器、大分子复合物空间分布及相互作用的有力工具... 详细信息

荧光显微成像技术能够将细胞生理活动可视化，是现代生命科学研究的重要手段。超分辨成像技术的出现将研究推进到亚细胞结构层次，而具有纳米级分辨率的单分子定位成像技术成为了研究细胞器、大分子复合物空间分布及相互作用的有力工具。继2014年超分辨成像技术获得诺贝尔化学奖后，《Nature》发布的2024年值得关注的七大技术中再次将纳米级分辨率光学成像技术作为热点进行介绍，超高分辨率成像技术是重要的前沿研究领域。本文首先简要介绍了荧光显微成像技术的发展历史、荧光显微镜的基础概念、超分辨成像技术的基本概况，之后着重介绍了单分子超分辨成像技术的研究进展，并在最后对该技术的发展及应用做了展望。

关键词：超分辨成像技术单分子定位成像技术多色成像三维成像纳米级成像技术

鱼皮多肽作为水基润滑添加剂的摩擦学性能与机理研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第2期44卷 233-241页

作者：张恩惠王宁丽李维民赵改青王晓波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甘肃兰州730000 中国科学院兰州化学物理研究所中国科学院西北特色植物资源化学重点实验室/甘肃省天然药物重点实验室甘肃兰州730000 青岛市资源化学与新材料研究中心山东青岛266100 淄博高端合成润滑材料创新中心山东淄博255000

采用酶解和大孔树脂分离技术从渔业废弃物中提取了3种不同极性的多肽,研究了多肽在水乙二醇溶液中溶解性、摩擦学性能,并探讨了其摩擦学机理.结果表明,所制备的3种不同极性的多肽在水乙二醇体系中均具有良好的溶解性,且具有较高的热稳定... 详细信息

采用酶解和大孔树脂分离技术从渔业废弃物中提取了3种不同极性的多肽,研究了多肽在水乙二醇溶液中溶解性、摩擦学性能,并探讨了其摩擦学机理.结果表明,所制备的3种不同极性的多肽在水乙二醇体系中均具有良好的溶解性,且具有较高的热稳定性.摩擦学研究表明,多肽可显著提升水乙二醇溶液在钢/钢摩擦副间的减摩、抗磨性能,有效保护摩擦副表面,其中小极性的多肽抗磨性能最强,磨损体积比水乙二醇溶液降低55.49%,并且3种多肽均可显著提升水乙二醇的抗承载性能.多肽的分子结构中存在较多的极性基团,有助于多肽与金属摩擦副表面发生物理吸附,而且多肽在摩擦副表面还形成1层以含碳、氮有机化合物、铁氧化物为主的化学反应膜.因此,多肽优异的摩擦学性能是摩擦化学反应和物理吸附协同作用的结果.

关键词：水基润滑剂环境友好润滑添加剂多肽摩擦学性能摩擦学机理