聚合物表面褶皱的摩擦学设计及性能研究

本项目立足摩擦副表面织构的机理研究和工程应用这一国际学术前沿，提出一种利用微观褶皱制备面向摩擦学功能的聚合物多尺度表面织构的制备技术，有效改善摩擦副的摩擦学性能。建立特征尺寸可达0.05-50μm的表面褶皱及其多尺度复合结构的制备工艺；研究全表面褶皱、部分表面褶皱及复合表面褶皱等不同复杂表面织构对摩擦系数、摩擦力矩等性能的影响规律；研究多尺度复合结构对摩擦学性能影响的尺度效应，分析从纳米到微米的尺寸范围内不同尺度的影响及其作用机理；建立多尺度复杂表面褶皱的摩擦学主动设计和实现方法。该技术能够快速而简洁地在聚合物材料表面制备多尺度复合结构，为复杂表面织构的制备及摩擦学研究提供了技术支持，在现有表面微造型技术之外提供新的思路，在密封、人工关节、仿生学等方面有着广泛应用。

探索了聚合物表面褶皱设计及制备工艺，得到了沉积功率、沉积时间、基体和薄膜材料等工艺参数对褶皱特征尺寸的影响规律，成功制备了具有从纳米尺度到微米尺度的复合表面褶皱，并建立了基于快速傅里叶变换的褶皱纹理数字化评价方法；利用光刻技术制备了3μm~240μm的光刻图案并利用复制模铸转移至聚合物表面，研究其对表面褶皱的调控技术，成功制备出复合褶皱图案；利用扫描电镜对银杏叶表面褶皱进行表征，通过接触角获知了其正反面具有不同润湿性能研究，发现了叶片反面具有两级表面褶皱，使银杏叶及其聚合物复制表面具有较强的疏水性和较低的表面粘附性，静态接触角可达143°，滚动角最小为18°；搭建了具有实时图像检测的单轴压缩台，获得了复合表面褶皱在单轴压缩作用下的形貌演变规律；研究了热处理对表面褶皱的影响规律，发现了热处理会细化褶皱形貌，降低表面粗糙度；利用球盘摩擦磨损试验机完成了仿生表面褶皱和人工表面褶皱与陶瓷球和钢球的摩擦特性研究，表面褶皱能够有效降低摩擦系数，改善摩擦学性能。