两种不同的聚合物用于模拟生物润滑

凡是运动部件在一起的地方都需要润滑油。它们防止实体元件之间的直接接触,并确保齿轮、轴承和阀门尽可能平稳地工作。根据应用的不同,理想的润滑剂必须满足相互矛盾的要求。一方面,它应该尽可能薄,因为这样可以减少摩擦。

另一方面,它应该有足够的粘性,润滑剂停留在接触间隙。在实践中,经常使用润滑脂和油,因为它们的粘度随压力而增加。

相比之下,生物润滑效率要高得多。在关节处,一种稀薄的水状溶液可以防止摩擦。由于大自然的一个诡计,薄膜留在了它应该留在的地方。聚合物层固定在骨头末端的软骨上。聚合物是一串密集排列的长链分子。它们从软骨突出,形成“聚合物刷”,吸引极流体润滑剂,并使其保持在接触点。

在过去的20年里,无数次尝试在技术上模仿自然模型。但没有取得显著的成功。在彼此相对的表面上的触手状聚合物往往会相互纠缠在一起。它们彼此减慢速度,并与表面分离。在技术系统中,分离的单个聚合物很难被替代,因为它们不具有与自然生物相同的自愈机制。

Jülich物理学家Martin教授Müser想出了在接触点使用两种不同的聚合物以防止聚合物相互纠缠的想法。“使用超级计算机,我们模拟了如果我们在一边使用水溶性聚合物,在另一边使用防水聚合物会发生什么,”NIC(约翰·冯·诺依曼计算研究所)在Jülich超级计算中心(JSC)的计算材料物理小组负责人说。欧洲杯足球竞彩与只使用一种聚合物的系统相比,这种水基和油基液体的组合作为润滑剂可以减少两个数量级的摩擦,约为原来的90倍。”

荷兰特文特大学用原子力显微镜进行的测量证实了这一结果。“液体的两种不同相分离是因为它们相互排斥。这同时抑制了聚合物,防止它们超出边界,”Sissi de Beer博士说,他最近从Müser的小组转到了特温特大学。

低摩擦双组分润滑剂是有趣的众多应用。一个例子是简单的活塞系统,比如注射器,它被用来精确地给药,即使是微量的药物。最重要的是,新工艺可以在局部高压和压力发生的地方提供低摩擦的解决方案,例如轴轴承和铰链。对于最常见的润滑剂——发动机油——还没有找到替代品;传统的聚合物刷无法承受高温。

来源:http://www.fz-juelich.de/

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