非晶碳基涂层/类软骨水凝胶接触体系摩擦学设计研究

批准号:
51805519
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
王福
依托单位:
学科分类:
E0505.机械摩擦学与表面技术
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
麻拴红、尚伦霖、王静静、何东青、陈琳、张铭炯
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中文摘要
高性能人工关节假体是治疗终末期关节炎疾病的重要保障。为克服传统材料假体的磨损、腐蚀、润滑和生物相容性等问题,迫切需要发展新材料、新技术与新设计以满足相关应用需求。本项目拟协同表面涂层和软垫设计的生物学和摩擦学优势,以非晶碳基涂层和类软骨水凝胶为对象构建新型硬-软接触摩擦学材料体系。通过对接触体系进行系统的摩擦学设计研究,分析接触体系低摩擦界面构筑对两种材料化学、物理和力学性能的依赖性,研究接触体系实现有效边界润滑和流体润滑的界面分子基础以及体系润滑行为调控机制,考察硬-软摩擦接触中非晶碳基涂层的腐蚀、脱落和演变行为。最终发展优异的硬-软接触摩擦学材料体系,推动非晶碳基涂层和水凝胶在人工关节领域的应用,为仿生软垫人工关节设计提供新的思路和基础理论支撑。
英文摘要
High-performance artificial joint prosthesis has been a crucial guarantee for the treatment of end-stage arthritis diseases. To overcome some key issues of traditional material prostheses, such as wear, corrosion, lubrication and biocompatibility, it becomes very urgent to develop some new materials, new technologies and new designs. This project intends to combine the biological and tribological advantages of the surface coating and cushion design to establish a novel hard-soft tribological material system. Based on a systematic tribological design of the contact system, the project will analyze the dependence of the low friction interface on the chemical, physical and mechanical properties of the two materials, study the interface molecular basis for effective boundary lubrication and fluid lubrication in the contact system and the mechanism for controlling the lubrication behavior of the system, and investigate the corrosion, delamination and evolution behavior of amorphous carbon-based coating in hard-soft tribological contact. As a consequence, this project will produce excellent hard-soft tribological material system and propel the application of amorphous carbon-based coatings and hydrogels in artificial joints. Simultaneously, this item will also provide new thought and theoretical foundation for biomimetic cushion-form artificial joint design.
高性能人工关节假体是治疗终末期关节炎疾病的重要保障,为克服传统材料假体的磨损、腐蚀、润滑和生物相容性等问题,迫切需要发展新材料、新技术以及新设计。本项目基于软垫关节设计思路,以潜在的人工关节替代材料非晶碳基(DLC)薄膜和类软骨水凝胶为对象构建了新型“软-硬”接触摩擦学体系,通过往复滑动摩擦试验系统研究了类软骨水凝胶/DLC薄膜“软-硬”界面的摩擦学性能。首先基于研究需要发展了类软骨强韧聚乙烯醇物理水凝胶的合成方法,设计构建了20多种强韧类软骨的水凝胶材料。然后,以316L不锈钢、DLC和HDLC薄膜为摩擦副系统研究了它们在不同润滑介质中的摩擦学性能,讨论了水凝胶网络化学、水含量、润滑介质等对界面摩擦性能的影响。发现构建与边界润滑分子具有排斥性的水凝胶网络,可有效促进边界分子在界面的移动性,进而实现极低摩擦系数。同时,也开展了DLC薄膜/轴承钢“硬-硬”界面的润滑研究,发展了具有极低摩擦系数的聚乙二醇碳量子点纳米流体润滑剂。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Intelligent Solid Lubricant Materials with Failure Early-Warning Based on Triboluminescence
基于摩擦发光的失效预警智能固体润滑材料
DOI:10.1007/s11249-018-1120-0
发表时间:2019-03
期刊:Tribology Letters
影响因子:3.2
作者:Xu Hua;Wang Fu;Wang Zhaofeng;Zhou Hui;Zhang Guangan;Zhang Jiachi;Wang Jinqing;Yang Shengrong
通讯作者:Yang Shengrong
A triphenylamine-based aggregation-enhanced emission probe for viscosity and polarity analysis of lubricating oils
基于三苯胺的聚集增强发射探针,用于润滑油粘度和极性分析
DOI:10.1039/d1ay01957k
发表时间:2022
期刊:Analytical Methods
影响因子:3.1
作者:Jia Pengxiao;Wang Fu;Zeng Wei;Wang Zhaofeng
通讯作者:Wang Zhaofeng
Polyethylene glycol derived carbon quantum dots nanofluids: An excellent lubricant for diamond-like carbon film/bearing steel contact
聚乙二醇衍生的碳量子点纳米流体:类金刚石碳膜/轴承钢接触的优异润滑剂
DOI:10.1007/s40544-021-0549-6
发表时间:2021-11
期刊:Friction
影响因子:6.8
作者:Fu Wang;Lunlin Shang;Guangan Zhang;Zhaofeng Wang
通讯作者:Zhaofeng Wang
Synthesis and mechanoluminescent properties of submicro-sized Y3Al5O12:Ce3+ particles
亚微米Y3Al5O12:Ce3颗粒的合成及机械发光性能
DOI:10.1016/j.cplett.2021.138664
发表时间:2021-04
期刊:Chemical Physics Letters
影响因子:2.8
作者:Li Jiazhi;Ma Zhidong;Wang Fu;Wang Zhaofeng
通讯作者:Wang Zhaofeng
An efficient approach to strengthen polyvinyl alcohol physical hydrogel via in situ growing NH2-decorated polysiloxane structures
通过原位生长 NH2 修饰的聚硅氧烷结构增强聚乙烯醇物理水凝胶的有效方法
DOI:10.1016/j.matlet.2021.129505
发表时间:2021-05
期刊:Materials Letters
影响因子:3
作者:Haining Wang;Birong Tian;Fu Wang;Jinyun Zhang;Zhaofeng Wang
通讯作者:Zhaofeng Wang
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