摩擦能耗降一半！清华团队研发 “自修复超润滑材料”，设备寿命或翻倍

一、核心突破：用 “双功能微胶囊” 破解行业难题

“过去想让材料又滑又能修，就像让豆腐又硬又嫩，很难兼顾。” 团队成员张琳助理研究员解释，关键矛盾在于 “超润滑需要原子级有序的界面，而自修复需要动态的分子键，两者容易互相干扰”。

这次的解决方案，是一颗直径约 5 微米的 “微胶囊”—— 团队用原位水包油乳液聚合技术，把两种 “宝贝” 装了进去：一种是聚 α 烯烃（PAO）和有机钼（MoDTC）组成的 “润滑剂”，负责让材料变滑；另一种是邻苯二甲酸二丁酯（DBP）作为 “修复剂”，专门补划痕。再把这些微胶囊嵌入用聚四氟乙烯（PTFE）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）做的基体里，通过 150℃放电等离子烧结定型，既保证微胶囊不破裂，又让材料结构稳定。

二、性能炸裂：摩擦系数低至 0.0045，18 小时滑不停

在实验室的球 - 盘摩擦测试里，这种新材料的表现超出预期。团队用 Si₃N₄陶瓷球（模拟机械部件）在材料表面滑动，结果显示：

超润滑持久：摩擦系数稳定在 0.0045-0.0085 之间，比纯 PTFE 基体低了两个数量级，而且能持续 18 小时不失效，滑动距离超 430 米 —— 相当于在标准跑道上滑 1 圈多； 磨损率大降：磨损率仅 2.84×10⁻⁶ mm³/N・m，比纯基体材料减少 99%，意味着机器部件的寿命可能翻好几倍； 参数有讲究：当微胶囊里 PAO/MoDTC 和 DBP 的质量比 1:1、胶囊直径 4.4 微米时，润滑效果最好。

为什么这么滑？团队通过电镜观察发现了秘密：摩擦时微胶囊会破裂，MoDTC 分解成 MoS₂纳米片，和 PAO 的烃链一起在接触面形成 “双层润滑膜”—— 靠近陶瓷球的一层全是 MoS₂纳米片，上层覆盖碳氢链，这种有序结构能减少摩擦阻力，就像给部件 “涂了一层永不干的润滑油”。

三、自修复能力：2 小时 “抚平” 30 微米划痕

更让人惊喜的是它的 “自愈” 本事。实验中，研究人员用工具在材料表面划了一道 30 微米深的痕（差不多是头发丝直径的一半），然后加热到 80℃。2 小时后再观察，划痕深度只剩 3 微米，修复效率高达 87%。

“原理就像伤口结痂愈合。”Li Mengyu 研究员解释，加热后微胶囊释放的 DBP 修复剂会促使聚合物链重新迁移、缠结，把划痕 “填” 起来。对比其他自修复材料，这种材料在保持超低摩擦的同时，修复效率还高了 10%-20%，解决了 “又滑又耐用” 的行业难题。

四、应用前景：从工业轴承到航空部件，节能又延寿

工业机械：电机、轴承用这种材料，摩擦能耗能降 30%-50%，每年省下的电相当于几个大型电站的发电量； 医疗器械：手术器械的滑动部件用它，既能减少磨损，又能避免因部件老化产生的金属碎屑； 航空航天：飞机发动机的高温部件若采用类似技术，能减少维护次数，提升飞行安全性。

解国新教授表示，团队下一步计划优化微胶囊的稳定性，让材料能适应更高温度和更复杂的工况，“希望未来能让更多机器摆脱‘摩擦烦恼’，既节能又长寿”。