简讯

大连理工大学团队提出一种提高PPESK复合材料耐磨性的界面改性新策略

高速、重载、极端环境等苛刻条件下服役的高端装备传动或转动系统对耐高温、高耐磨、高强度树脂基自润滑复合材料需求迫切。杂萘联苯聚芳醚酮（PPESK）既耐高温又可溶解，是一种非常有潜力的高性能工程塑料，其自润滑复合材料具有较优的摩擦性能。然而，树脂基复合材料为多相体系，存在填料与基体相容性较差的问题。摩擦过程中填料容易从基体相中脱离，导致复合材料磨损量增大，从而限制了其实际应用。因此，迫切需要开发一种优化填料与基体之间界面结合强度的简便策略，以提高复合材料的耐磨性能。

耐磨自润滑树脂基复合材料组分中同时包括多种硬质增强相和固体润滑相，各组分的表面结构各不相同且界面相互作用复杂，单一偶联剂的使用难以满足界面改性的需求。因此，合适的偶联剂种类、含量及其之间的协同作用对复合材料的界面性能和摩擦性能至关重要。

近日，大连理工大学蹇锡高院士团队以硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂复配对耐磨自润滑填料实现一步法界面改性，并通过模压成型制备出磨损性能优异的PPESK复合材料。利用RSM 的“Box-Behnken Design”分析偶联剂种类、含量及其相互作用对PPESK 复合材料磨损系数的影响，并得出最佳改性策略。通过XPS、XRD 谱图表征偶联剂的改性情况，并对复合材料的摩擦性能、热性能和力学性能进行评价。利用扫描电子显微镜（SEM）和三维表面测量系统（3D）对磨损表面进行观察，分析复合材料的润滑机理。在此基础上，制备了树脂基复合材料航空发动机燃油泵高速止推轴承，并研究了其在3 号喷气燃料环境中的摩擦性能和介质耐受性能。该工作以“Anovelinterfacial modificationstrategyto improvethewearresistance ofPPESKcomposites”为题发表在CompositesPart A:AppliedScienceand Manufacturing。相关研究工作得到国家自然科学基金（52203081）等资助。

（本刊记者 逸飞）

两次凝胶化策略制备构型可编辑的高强度气凝胶

轻质多孔气凝胶作为纳米材料中的明星材料之一，近年来在各种新兴领域受到了广泛关注。但由于其密度低、力学性能弱，其构型编辑能力面临挑战。

中国科学院苏州纳米所张学同团队受民间艺术（陶艺、折纸、编织）启发，建立了一种高效的两次凝胶化(TC)策略，实现构型可编辑高强气凝胶的制备。

值得注意的是，气凝胶的比拉伸模量和韧性分别高达666 MPa·cm3·g-1和2093 kJ· m-3，具有高比拉伸模量和高韧性的双重性质。结构分析表明有机凝胶、水凝胶，尤其是气凝胶的强度增强主要是由于TC 过程中交联密度的增加和气凝胶的骨架演化。

溶胶–凝胶过程和凝胶力学性能的有效调节为通过“软变硬”调制机制进行构型编辑、构型锁定和制造复杂构型的高强气凝胶奠定了基础。更具体地说，构型编辑基于有机凝胶的柔韧性，易于变形和恢复。构型锁定依赖于从有机凝胶到水凝胶的力学增强。最后，通过溶剂交换和超临界干燥，制备出具有复杂构型的高强度气凝胶。通过结构设计和参数调控，具有复杂构型的气凝胶能够突破其力学性能极限。

通过特定的构型设计，气凝胶的隔热性能可进一步提高，同时将气凝胶的应用从传统领域扩展到可调节热管理器件、刺激响应形状记忆器件等新领域。该研究为构型可编辑气凝胶的设计提供了重要见解，有望推动具有特殊构型高强度多孔材料的发展。

该工作以“Folkartsinspiredtwice-coagulated configuration-editabletoughaerogelsenabled bytransformablegel precursors”为题，发表在期刊NatureCommunications上。文章第一作者是中国科学院苏州纳米所李立山博士，通讯作者为张学同研究员，合作者包括青岛科技大学的马风国博士。该工作获得了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等资助。

左图为两次凝胶化策略制备可编辑的高强气凝胶设计方案。

（本刊记者 逸飞）

中国科学院海洋所超双疏自清洁防腐防冰涂层研究获新进展

近日，中国科学院海洋研究所在有机-无机复合杂化超双疏自清洁防腐防冰涂层研究方面取得新进展，相关成果以"Hybridsuperamphiphobic anti-corrosioncoatingwith integratedfunctionalities ofliquidrepellency,selfcleaning,andanti-icing"为题在国际学术期刊Journal ofMaterialsScience&Technology发表。

受荷叶效应启示的超疏水材料，因其优异的界面不润湿特性，在自清洁、海洋防腐、低温防覆冰、液体输运、能量收集、织物传感等领域具有广阔应用前景。大量研究证实，表面超疏水化是减缓金属与合金材料腐蚀失效的重要途径。然而，目前超疏水防腐材料仍面临诸多挑战亟待解决，例如机械稳定性不足、低表面张力液体易黏附、空气层耐压性欠佳等。

针对低表面张力液体在超疏水表面的润湿黏附和“扎钉”现象导致的空气层屏蔽功能失效问题，海洋所科研人员采用有机-无机复合杂化和表面喷涂技术，设计制造了一种兼具超疏水和超疏油特性的超双疏防腐防冰涂层。研究结果发现，所制备的超双疏自清洁涂层对不同表面张力的液体均展现出优异的斥液性和液体无损传输功能。电化学测试结果显示，涂层表面电荷转移电阻较空白碳钢基体提升8 个数量级、腐蚀电位正移590 mV、腐蚀电流下降4 个数量级。同时，涂层在经受480 h 盐雾加速腐蚀和2400 h 户外大气腐蚀暴露测试后仍维持性能稳定。-10 ℃和-15 ℃低温环境下的结冰测试也进一步揭示了涂层具有显著的延迟结冰和降低界面冰黏附力特性。以上研究结果充分证实了该涂层具备优异的防腐防冰功能、规模化制备和推广应用潜力，为海洋防腐防污先进材料与技术开发奠定重要基础。

本研究工作得到了山东省优秀青年科学基金、中国科学院青年创新促进会和山东省联合基金重点项目资助。

下图为有机-无机复合杂化超双疏涂层及其长效防腐与延迟结冰功能。

（本刊记者 逸飞）

上海光机所高重频高功率超快激光器研究取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室在高重频高功率超快激光器研究方面取得进展，相关成果以“417W,2.38mJInnoslabamplifier compressibletoahigh pulsequality406fs”为题发表于OpticsLetters。

大功率、大能量、窄脉宽的超快激光器对于科研和工业应用具有重要意义。与掺钕的全固态皮秒激光器相比，掺镱的全固态亚皮秒激光器通常采用啁啾脉冲放大技术在相同的脉冲能量下具有更高的峰值功率，并且通过进一步的非线性压缩可以达到100 fs 以下甚至少周期量级的脉冲宽度，极大地扩展了掺镱超快激光器的应用场景。部分端面泵浦的板条（Innoslab）放大器是实现高功率超快激光放大的主要手段之一。

本研究完成了基于平凸柱面镜结构的数百瓦量级Innoslab 超快激光器的研制。通过采用平凸柱面镜混合腔结构，实现了自激振荡抑制，设计并研制了高增益、高功率的Innoslab 放大器。其实现了平均功率417 W，重复频率175 kHz 的啁啾脉冲放大输出，输出光束在脉冲能量为1.7 ～2.38 mJ的范围内都表现出了良好的脉冲质量，压缩脉冲宽度为406 fs，且脉冲形状规范，无基座或旁瓣，是目前Innoslab 激光器在毫焦耳能量范围内、数百瓦平均功率下的最短脉冲宽度。试验中对脉冲的演化过程也进行了定性分析，认为来自激光器前端残余的高阶色散、放大器的增益滤波效应、展宽器和压缩器之间三阶色散的轻微失配，以及放大器中累积的非线性相移的综合效应实现了高脉冲质量的输出，为Innoslab 放大器获得更短脉冲宽度提供了新的思路。该激光器将应用于高次谐波产生和微纳加工等相关应用领域。相关工作得到国家自然科学基金和上海市领军人才项目的支持。

（本刊记者 逸飞）

浙江大学团队面向极端热管理的高导热石墨质膜研究取得新进展

在航空航天、核电站、超频计算和极寒天气等极端复杂应用条件下，内部散热材料、器件和系统面临着极大的考验。高导热石墨质膜（GF）作为一类重要的轻质高性能散热材料已被广泛使用。然而，极端使役条件下高导热石墨质膜的性能可靠性和结构稳定性尚未明确，其在复杂工况下的结构失效机制仍是空白。

浙江大学高超教授团队首次报道了GF 在循环液氮冲击过程中出现的异常表面鼓泡新现象，并揭示了其结构破坏机制，即氮气分子在GF 的内部结构空隙中遵循“渗透–扩散–变形”行为模式。该工作提出了一类通用的无缝异质界面增强的结构设计，有效克服了高导热GF 在极端液氮冲击下固有的结构失稳并维持了高导热性，为开发应用于极端环境的下一代热管理材料提供了新思路。该工作以“Highlythermallyconductiveandstructurally ultra-stablegraphitic filmswithseamless heterointerfacesforextreme thermalmanagement”为题发表在Nano-MicroLetters上。

为探究GF 在极端温变环境下结构与性能的稳定性，该研究引入了从液氮环境到大气环境的快速循环冲击试验（LNS 试验）。基于对GF 在LNS试验中出现的异常表面鼓泡现象的研究，该文提出了一种GF 的结构失效机制，即当GF 浸入液氮中时，N2分子通过其表面缝隙渗透进入，并在其内部空隙中聚积。当将GF 从极冷液氮环境移至大气环境时，温度的急剧变化触发GF 中已渗透的N2分子由液相向气相转变，内部N2体积急剧膨胀致使石墨烯层间发生局部大形变，最终导致表面气泡的形成并使GF 结构破坏。同时，观察到GF 内部空隙结构及其深度（～9 μm）与气泡壁厚度（～9 μm）一致性，为该结构破坏机制提供了实证支撑。分子动力学模拟结果表明，GF 的结构失效行为与其表面及内部缺陷密切相关，为下一步提高GF 在循环LNS 试验过程中的结构稳定性提供了理论指导。

为了提高GF 的结构稳定性，该研究提出了一种通用的无缝异质界面策略，利用磁控溅射的技术手段在GF 表面构建无缝超薄纳米铜层。给石墨质膜穿上一层纳米金属铠甲，实现填补界面空隙和抵御外力形变，抑制氮气的气泡成核与生长，从而消除液氮冲击下的石墨质膜表面鼓泡。GF@Cu 与原始GF 相比，表面缺陷密度从～ 9.6%下降到～ 0，这使其在LNS 试验中可以有效地阻止N2分子通过表面缺陷扩散进入其内部。分子动力学结果也表明，构建的无缝异质界面结构有效地减少了内部N2的聚积，使气泡成核的概率降低，从而避免了鼓泡的结构破坏。左图为不同石墨质膜（GF）在LNS 试验前后的表面形貌。

（本刊记者 逸飞）

“DNA 工业纳米机器人”为微观结构制备开辟新途径

在现代制造业中，工业机器人因能完成高精度自动化操作而成为关键组成部分。而纳米级的工业机器人，作为创新的制造平台，在处理和生产纳米材料方面展现出巨大的应用潜力。如今，DNA 纳米技术在制造纳米机器人方面也显示出巨大潜力。

近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所周峰副研究员在设计和制造能自我复制的三维DNA 纳米机器人方面取得了重要进展。在这项研究中，团队创新地运用DNA 纳米技术，结合可折叠的支架结构和多重响应控制方式，成功研发出一种新型的三维DNA 工业纳米机器人。这些机器人能够在纳米尺度上自动执行重复任务，并可以高精度地制造出具有特定结构的手性纳米材料。该纳米机器人的大小约为100 nm，它们能够利用温度和紫外线（UV）来操控和对齐纳米尺寸的零件，然后将纳米零件精准地焊接在一起，制造出所需的纳米结构，并在完成后重置，以进行下一个操作。这种方法使得这些纳米机器人能用普通零件制造出具有光学特性的手性纳米产物。此外，这些纳米机器人还可以通过“可控折叠”技术增加制造过程中的灵活性。这种技术使得机器人能够完成三维结构的多循环自我复制，这对于实现纳米材料的大规模生产至关重要。

这一成果以“Toward Three-DimensionalDNA IndustrialNanorobot”为题发表在ScienceRobotics学术期刊上，得到了中国科学院相关项目的支持，是宁波材料所与美国纽约大学的重要合作成果。下图为DNA 工业纳米机器人用于手性纳米材料的组装制备。（本刊记者 逸飞）