在國家自然科學基金委項目(21125316，21434009，51335010)、“973”項目(2013CB632300)和中科院重點部署項目(KJZD-EW-M01)資助下，中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室材料的表面與界面課題組在界面摩擦調(diào)控方面取得系列進展。
軟物質(zhì)界面摩擦大多存在于生物體之中，一般都具有極低的摩擦系數(shù)。但這些軟物質(zhì)界面之間的摩擦大都是“被動”摩擦，其摩擦系數(shù)不能“主動”調(diào)控。受此啟發(fā)，科研人員通過分子設(shè)計將一些響應(yīng)性分子結(jié)構(gòu)引入材料基體中，制備出了多種響應(yīng)性軟物質(zhì)材料。通過施加外界刺激實現(xiàn)材料表界面處分子構(gòu)象轉(zhuǎn)變，從而實現(xiàn)材料界面摩擦調(diào)控。
研究人員首先制備了一系列溫敏性水凝膠，實現(xiàn)了凝膠表面摩擦系數(shù)的溫度可逆調(diào)控（Macromol. Rapid Commun., 2013, 34, 1785-1790），然后在此種體系中引入酸堿敏感組分制備出溫度-pH雙刺激敏感凝膠體系。這種材料表面不僅具有超低摩擦系數(shù)，而且在連續(xù)改變測試溫度和環(huán)境pH條件下可以實現(xiàn)摩擦系數(shù)從超低（~0.05）到中等（~0.1）再到較高（>1）的連續(xù)可逆調(diào)控（NPG Asia Mater.,2014, 6, e136; DOI:10.1038/am.2014.82）。研究人員還制備出了一系列溫敏性的微凝膠體系并對其加以改性修飾，賦予該體系新的功能。通過在該體系中引入苯并三氮唑基團解決了微凝膠水溶液在摩擦副表面的腐蝕問題（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 10842−10852），在微凝膠表面引入親水性聚合物刷賦予該體系更低的摩擦系數(shù)（~0.005），研究工作還實現(xiàn)了對消炎藥物的可控釋放，因而使該類材料有望成為目前可注射關(guān)節(jié)潤滑液的替代品（ACS Appl. Mater. Interfaces,2014, DOI: 10.1021/am506026e）。
受關(guān)節(jié)軟骨表面刷型生物大分子結(jié)構(gòu)啟發(fā)，該課題組成員還在固體表面接枝離子型聚合物刷，通過聚合物刷大分子與溶液中“對離子”之間相互作用，實現(xiàn)了固體表面摩擦系數(shù)從極低到極高的“對離子”調(diào)控（Macromolecules, 2013, 46, 9368–9379）。同時還可以在惰性的類金剛石（DLC）薄膜表面接枝離子型聚合物賦予此種生物材料超低摩擦系數(shù)（Adv. Mater. Interf., 2014, DOI: 10.1002/admi.201400035）。將聚合物刷接枝到中空二氧化硅納米粒子表面，賦予該材料較好的摩擦性能和藥物緩釋性能（J. Phys. Chem. B, 2014, 118 , 4920–4931）。受壁虎腳剛毛啟發(fā)，該組成員制備出了“類壁虎腳”結(jié)構(gòu)的硅納米線，同時對其修飾，實現(xiàn)該表面對濕度、酸堿等刺激的摩擦調(diào)控，因為傳統(tǒng)壁虎腳粘附-脫粘附基于物理和機械的原理，該工作提出了化學調(diào)控摩擦與粘附的壁虎腳概念（Small, 2014, DOI: 10.1002/smll. 201402484）。
流體流經(jīng)固體表面存在摩擦阻力。由于超疏水/疏油表面與液體之間微氣泡的存在，超疏水表面與親水表面相比具有較低的摩擦阻力。該組成員首先研究了多種油品在疏油表面減阻行為,并總結(jié)出其減阻行為的一般規(guī)律（ J. Colloid Interf. Sci. 2014, 414, 9-13）。隨后，在此疏油表面接枝親水性聚合物刷，通過調(diào)節(jié)聚合物刷的接枝密度和分子構(gòu)象實現(xiàn)此表面與液滴之間的粘附力控制，進而實現(xiàn)固-液界面減阻行為的調(diào)控（J. Phys. Chem. C, 2014, 118 , 2564–2569）�；谝陨显硌芯咳藛T同樣實現(xiàn)了界面減阻行為的pH調(diào)控（Langmuir, 2014, 30 , 6463–6468）和光調(diào)控（Soft Matter, 2014,10, 5318-5324）。
基于上述研究工作，受Adv. Mater. Interf.期刊邀請，該課題組撰寫了題為Interfacial Friction Control的綜述(Adv. Mater. Interf. DOI: 10.1002/ admi.201400392)。該綜述全面總結(jié)了近年來國內(nèi)外研究人員在界面摩擦控制方面的進展；對當前研究工作提出了存在的問題及解決方法，并對今后界面摩擦控制方向做出了展望。
以上工作由周峰研究員和劉維民院士課題組及魏強兵博士，博士生吳楊、劉國強、麻栓紅等完成。
外界刺激調(diào)控界面摩擦示意圖
仿生魚皮表面摩擦調(diào)控
