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西安交大秦立果、杨森教授团队提出异质弹性体机械性能可编辑新策略

日期：2025-12-22 11:12 浏览量：

多孔弹性体制备方法大多依赖于表面活性剂、化学发泡剂或固体颗粒模板等，然而这些外源物在材料内的残留或引起孔结构的缺陷，会严重降低弹性体的摩擦学与力学性能。相分离是非均相体系从热力学无序状态向有序状态转变的物理过程（熵减）。从能量角度而言，为实现吉布斯自由能最小化，共混体系会自发转变为两种或多种稳定共存的相态以达成热力学平衡。利用这一热力学特性，科研人员可通过调控相分离的过程制备具有特定结构的多孔材料。

西安交通大学秦立果、杨森教授团队聚焦硼酸酯驱动的非均相弹性体网络形成机制，从吉布斯相律出发，首次提出一种可同步实现优异摩擦学性能、可控孔结构与强力学性能的异质网络多孔弹性体制备策略。该研究采用两种相似Si-O骨架链的PDMS网络作为基础体系，通过硼酸酯基团不相容的特点，驱动网络发生异质相分离并稳定相边界，成功构建出了异质网络预聚物；经热固化与醇解处理后，最终制备出机械性能可编辑的异质网络多孔聚二甲基硅氧烷（HNP-PDMS）弹性体。特定的HNP-PDMS弹性体展现出优异的摩擦学性能：在盐水环境中可自发产生腐蚀诱导的自润滑效应，促使润滑状态从边界润滑向混合润滑转变，呈现出非典型的超低摩擦与抗磨损特性，其摩擦系数和磨损率较原始基体可下降90%以上。调控制备过程中的温度、压力及硼酸酯位点分布，该弹性体还可获得优异的机械性能，如拉伸率最高可达1250%；引入疏水基团后，其韧性较已报道的颗粒模板法提升了16倍。

异质网络多孔PDMS（HNP-PDMS）的制备、摩擦学和力学性能增强

得益于非均相网络结构与纯净的材料组成（数百种易于获取的硼酸盐衍生物），该体系具备强大的性能编辑潜力，为定向赋予多孔弹性体特定功能提供了无限可能。该方法制备的多孔材料不仅高纯度、孔结构可控，还可兼具优异的摩擦学与力学性能，且具有全PDMS体系普适性。此外，研究成果还为水润滑元件及多孔柔性传感器的创新设计提供了全新思路。

近日，相关研究成果以“硼酸酯驱动的异质网络以提高多孔弹性体的摩擦学和机械性能”（Borate Driven Heterogeneous Networks for Porous Elastomers with Improved Tribological and Mechanical Performances）为题发表于国际著名期刊《自然通讯》(Nature Communications，IF：15.7) 。西安交通大学现代设计及转子轴承教育部重点实验室为第一通讯单位，西安交通大学机械学院在读博士生吴宇浩为第一作者，西安交通大学秦立果教授、杨森教授以及福州大学葛新教授为共同通讯作者。联合作者中，西安交通大学闫柯教授和董光能教授对研究工作提供了宝贵建议与支持。该研究工作得到了国家自然科学基金、西安交通大学基本科研业务费(青年创新团队)等项目的大力支持。