基于多酸簇合物的星形超分子聚合物:精准制备、在基础油中的溶液行为与摩擦学应用
批准号:
52073130
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
卜伟锋
依托单位:
学科分类:
高分子材料制备
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
卜伟锋
中文摘要
高性能润滑材料是各种动力系统长期高效可靠运行的重要保障,广泛应用于装备制造、交通运输、航空航天等领域。针对这些需求,本项目旨在精准制备一系列油溶性的多酸簇基星形超分子聚合物,并将该类簇基聚合物复合材料作为具有高效减摩抗磨性能的润滑油添加剂。一、利用带有阳离子端基的聚甲基丙烯酸长链烷基酯或阳离子型嵌段共聚物与多酸簇合物之间的静电组装,精准制备以多酸簇合物或多酸簇基离子微区为核,以聚甲基丙烯酸长链烷基酯为支链的星形超分子聚合物。二、研究它们在基础油中的分散性、稳定性、粘温特性、粘弹性,探讨它们在不同温度、不同浓度条件下的自组装行为和相互作用机制。三、研究它们在基础油中的减摩抗磨、抗氧化、耐腐蚀等性能,揭示其分子结构、自组装结构与减摩抗磨性能三者间的内在联系,实现对它们的摩擦学性能的有效调控,并从原子、分子、超分子三个层次探究其摩擦学本质和润滑机理,进而发展具有高润滑性能的簇基高分子复合材料。
英文摘要
High-performance lubricants are the important safeguard for many power systems working with long term, high efficiency, and good reliability. They are widely applied in the fields of equipment manufacturing, traffic transportation, and aerospace. These practical demands prompt us to precisely prepare oil-soluble, polyoxometalate (POM) cluster based starlike supramolecular polymers, in which the POM anions or POM-based ionic nanodomains are closely encapsulated by poly(alkyl methacrylate)s (Alkyl: Dodecyl, Stearyl, and Behenyl). The resulting POM-based polymeric composite materials can be utilized as highly effective lubricant additives for friction and wear reduction in base oils. (i) On the basis of electrostatic self-assembly, we precisely prepare a series of starlike supramolecular polymers, where the cores are POMs or POM-based ionic nanodomains, while the arms are poly(alkyl methacrylate)s. These supramolecular assemblies can be regarded as a model of starlike polymers because of their highly similar architectures. (ii) The dispersibility, stability, viscosity-temperature characteristics, and viscoelasticity of the model stars in base oils are studied in detail. Furthermore, we systematically address their self-assembled behaviors in base oils under temperature- and concentration-dependent conditions. Then, the interactions between the star and the base oil and the intra- and inter-star interactions between the segments of the poly(alkyl methacrylate) arms are clarified for the self-assembled mechanism. (iii) Meanwhile, the friction reduction, anti-wear, anti-oxidation, and anti-corrosion properties of these POM-based stars are investigated in base oil. Moreover, we will build a substantial relationship among molecular structures, self-assembled structures, and tribological performances. And also, we will clarify the tribological nature and the lubrication mechanism at atomic, molecular, and supramolecular levels. These will lead to effective regulation in the tribological nature of the POM based stars. The present concept concerning a combination of POM clusters with starlike polymers will open a new avenue to develop cluster based polymeric composites for high-performance tribological applications.
多酸簇合物具有确定的原子组成和稳定的结构,是钼配合物和钼基纳米粒子的中间态,具有优异的润滑性能。因此,我们相信多酸簇合物是在低黏条件下,提升油膜厚度和强度,减少摩擦磨损和确保长效润滑的核心基元。但是,多酸簇合物不溶于基础油,限制了其摩擦学应用。利用带有阳离子端基的聚合物与多酸簇合物之间的静电组装,或者含胺基聚合物与多酸簇合物之间的酸碱反应,制备了一系列油溶性的,以多酸簇合物为核的星形超分子聚合物。这些多酸簇基聚合物已经被核磁氢谱、尺寸排除色谱、红外光谱、元素分析等详细表征。多酸簇基聚合物在基础油中长时间静置(超过一年时间)不会产生任何沉降,展示了长期的分散和胶体稳定性。更为重要的是,这些多酸簇基聚合物展现了优异的减摩抗磨性能。相较于基础油,在0.5 wt %浓度条件下,星形聚合物的摩擦系数降低了60%,磨损体积降低了96%。考虑到无硫无磷(少硫少磷)的多酸簇合物、绿色制备方法及功效,该研究为构建高端簇基润滑材料体系及工业化应用提供了研究基础和绿色解决方案。纳米粒子具有优异的减摩抗磨性能。但在基础油中均匀分散纳米粒子并进一步表现出长期胶体稳定性仍然是一个巨大的挑战。为此,我们构建了基于两亲性遥爪型聚合物的超分子油凝胶,并利用其在基础油中稳定纳米材料。利用以硫辛酸酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、芘、和苯硼酸酯的齐聚物为端基的遥爪型聚合物构建了动态油凝胶,可逆实现了对基础油的束缚、释放、再束缚。通过配位键、氢键、π−π、B−O动态共价键等相互作用,可将球形纳米粒子(Ag、Cu、SiO2、TiO2)和二维纳米材料(MoS2、WS2、氧化石墨烯、六方氮化硼、类石墨相氮化碳、石墨)均匀地分散在三维超分子网络中。所形成的复合油凝胶润滑剂兼具有动态可逆性、长期分散稳定性和优异的润滑性能。考虑到目前广泛研究的超分子化学和纳米化学,本研究理念为开发绿色高性能减摩抗磨的凝胶润滑剂提供了一条新途径。
多酸团簇基遥爪型聚合物的流变学研究:一种簇际相互作用的定量测试方法
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批准号:92161126
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项目类别:重大研究计划
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资助金额:75.0万元
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批准年份:2021
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负责人:卜伟锋
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依托单位:
以磁性簇合物为核,以共轭高分子为支链的超分子星状聚合物:自组装纳米结构、光物理性质和磁性研究
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批准号:21674044
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项目类别:面上项目
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资助金额:68.0万元
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批准年份:2016
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负责人:卜伟锋
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依托单位:
基于发光铂(II)配合物的杂化高分子:合成、自组装结构转变与光物理性质研究
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批准号:21474044
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项目类别:面上项目
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资助金额:86.0万元
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批准年份:2014
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负责人:卜伟锋
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依托单位:
基于铀同多酸的有机/无机杂化材料:铀酰离子的分离、自组装结构和光谱性质
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批准号:51173073
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2011
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负责人:卜伟锋
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依托单位:
嵌段共聚物/多酸杂化材料的制备、自组装以及光物理性能研究
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批准号:20901034
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:18.0万元
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批准年份:2009
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负责人:卜伟锋
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依托单位:
国内基金
海外基金