研究进展：温度及pH双重敏感聚合物微凝胶在摩擦界面的环境响应润滑行为研究

近日，我所在聚合物润滑材料研究方面取得新进展，在国际摩擦学领域领军期刊《Friction》上发表论文“Tribological behavior of thermal- and pH-sensitive microgels under steel/CoCrMo alloy contacts”。我所研究生孙克群为第一作者，徐玉福教授为通讯作者。

研究背景

钴铬钼（CoCrMo）合金具有与人体骨组织相似的弹性模量，同时具有良好的机械性能和生物相容性，因此常与316L不锈钢组成人工关节摩擦副。然而，人工关节摩擦副始终处于变化的温度与pH环境中，摩擦副释放的金属离子对人体有明显的毒副作用，因此，控制金属离子浓度的同时，如何实现人工关节摩擦副材料环境响应润滑值得深入研究。

研究思路

 采用乳液聚合法合成了一种对温度和pH双重敏感的PNIPAM-co-PAA聚合物微凝胶并用作水基润滑添加剂，对不锈钢/CoCrMo合金摩擦副开展了系统的摩擦学试验，研究温度与pH对聚合物微凝胶润滑行为的影响，同时对溶液中金属离子含量跟踪分析，掌握聚合物微凝胶对金属离子浓度的影响规律。

主要贡献

摩擦学测试结果显示，PNIPAM-co-PAA聚合物微凝胶能显著降低不锈钢/CoCrMo合金摩擦副的摩擦系数达41%以上，其减摩润滑行为同时具有温度和pH双重敏感性；揭示了温度及pH双重敏感聚合物微凝胶在不锈钢/CoCrMo合金界面摩擦学行为规律及其背后的摩擦学机制；实现了金属离子浓度的显著降低，且聚合物微凝胶添加剂在典型金属人工关节摩擦界面产生了基于环境响应的智能润滑作用，发挥了“一剂多效”功能。

研究意义

制备的聚合物微凝胶作为一种生物相容性良好、具有环境响应的多功能润滑添加剂，有望为人工关节智能润滑调控提供新思路。

该项研究得到了国家自然科学基金项目（51875155）的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1007/s40544-022-0623-8

图：聚合物微凝胶基于温度与pH环境响应的润滑机制示意图