基于层状水凝胶软骨原型探索承载能力与表面摩擦行为之间的相关性

基于层状水凝胶软骨原型探索承载能力与表面摩擦行为之间的相关性

        软骨在使用寿命内润滑良好，这种现象归因于表面水合润滑和基质承载能力。具有层状结构的润滑水凝胶被设计成模仿软骨作为潜在的替代品。虽然许多研究都集中在改善表面水合作用以减少摩擦，但很少有实验检测到水凝胶的承载能力与其界面摩擦行为之间的关系。基于此，中科院兰化所周峰研究员和麻栓红研究员设计了一种双层水凝胶，作为软骨原型，由顶部厚的水合聚合物刷层和底部模量可调的水凝胶基质组成，以研究这种关系。摩擦系数（COF，μ）定义为界面分量（μInt）和变形/磁滞分量（μHyst）之和。顶部水化层的存在有效地耗散了接触应力并减少了界面相互作用（μInt），从而导致稳定且低的COF。通过增加局部机械模量，可以显著降低滑动剪切过程中的机械变形（μHyst）对COF的贡献，从而提高承载能力。这些结果表明，将表面水合层与高承载基质耦合的策略确实可以提高水凝胶软骨原型的润滑性能，并为设计稳健的软质润滑系统和摩擦控制装置提供了一种很有前途的途径。

文章链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s40544-023-0846-3