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作者及发表信息

本研究由Fochun Deng（第一作者）、Haichao Liu、Shilin Liu、Zhuang Xu（通讯作者）、Beili Pang、Gaiqing Zhao（通讯作者）、Xiaobo Wang合作完成，作者单位包括：
1. 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室（中国兰州）；
2. 青岛科技大学材料科学与工程学院（中国青岛）；
3. 中国科学院资源化学与新材料青岛中心（中国青岛）。
论文题为《Supramolecular Eutectogels Based on Bio-Derived Betaine with Superior Lubrication Performance and Electrical Conductivity》，发表于Tribology International期刊，2026年卷214期，论文编号111350。

学术背景

研究领域：本研究属于摩擦学（Tribology）与材料科学交叉领域，聚焦于开发兼具优异润滑性能和导电性的新型润滑材料。

研究动机：
1. 工业需求：90%的滚动轴承依赖润滑脂，但40%的轴承早期失效由润滑不良导致。此外，电气化设备（如高铁、电动汽车）中轴承常处于电流环境下，易因电腐蚀（electrical corrosion）失效。传统导电润滑脂难以同时解决润滑与电腐蚀问题。
2. 科学挑战：现有超分子共晶凝胶（Supramolecular Eutectogels, SEGs）多含卤素（如氯化胆碱），易引发化学腐蚀和环境风险，而基于生物衍生（bio-derived）组分的无卤共晶凝胶研究较少。

研究目标：
开发以生物源甜菜碱（betaine）为核心的无卤共晶凝胶（SEGs），兼具低摩擦、高抗磨损性和导电性，并阐明其润滑机制。

研究流程与方法

1. 材料制备

• 深共晶溶剂（DESs）合成：以甜菜碱（HBA）与四种氢键供体（HBDs，包括甘油、乙二醇、丙二醇、1,4-丁二醇）按特定摩尔比混合，80℃搅拌2小时，形成透明均质溶液（命名为DESgly、DESeg、DESpg、DESbut）。
  
• SEGs制备：将5 wt% 12-羟基硬脂酸（12-HSA）作为胶凝剂加入DESs中，85℃溶解后冷却至室温，形成凝胶（命名为SEGgly、SEGeg、SEGpg、SEGbut）。通过“倒置试管法”验证凝胶形成。
  

2. 材料表征

• 热性能：差示扫描量热法（DSC）测定DESs熔点，证实共晶形成（熔点显著低于单一组分）。
  
• 化学结构：傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析氢键特征峰位移（如羟基峰从3361 cm⁻¹移至3386 cm⁻¹），验证氢键网络。
  
• 微观结构：扫描电镜（SEM）显示SEGbut具有致密三维纤维网络，优于其他SEGs的松散结构。
  
• 流变性能：旋转流变仪测试表明SEGs具有剪切稀化行为和触变性（thixotropy），SEGgly和SEGbut的储能模量（G′）最高。
  

3. 导电性测试

• 采用电导率仪测定SEGs和DESs的导电性。SEGgly导电性最高（略低于对应DES），但仍显著优于传统润滑脂（0.13 mS/cm）。
  

4. 摩擦学性能测试

• 设备：往复式球-盘摩擦试验机（SRV-IV），配对材料为AISI 52100钢球/盘。
  
• 参数：载荷30–200 N（接触压力1.45–2.72 GPa）、频率5–45 Hz、时间30分钟。以PEG 400为对照。
  
• 结果：
  
  • SEGbut表现最优：在50 N/25 Hz下，平均摩擦系数（AcoF）和磨损体积较PEG 400降低45.28%和94.42%。
    
  • 高载荷适应性：在250 N下仍保持稳定润滑，而PEG 400在200 N时失效。
    

5. 磨损表面分析

• 形貌：三维轮廓仪和SEM显示SEGbut的磨损疤痕最浅（深度5.89 μm→0.3 μm）、最窄（宽度0.55 mm→0.2 mm）。
  
• 化学组成：X射线光电子能谱（XPS）和聚焦离子束-透射电镜（FIB-TEM）证实磨损表面形成多组分摩擦膜（tribofilm），含无定形碳、Fe₂O₃和Fe₃O₄，通过物理吸附和摩擦化学反应协同降低摩擦。
  

主要结果与逻辑关联

1. DESs成功合成：DSC和FT-IR数据证实氢键网络形成，为SEGs的制备奠定基础。
   
2. SEGs结构优势：SEM显示SEGbut的致密纤维网络赋予其高机械强度和润滑剂缓释能力。
   
3. 导电性：SEGs的导电性（1.5–3.5 mS/cm）满足轴承防电腐蚀需求。
   
4. 摩擦学性能：SEGbut的低摩擦和抗磨损性归因于DESbut适中黏度（平衡润滑膜形成与内阻）及摩擦膜的化学保护。
   
5. 机制阐明：FIB-TEM揭示摩擦膜的多组分结构是性能提升的关键。
   

结论与价值

科学价值：
1. 提出基于生物源甜菜碱的无卤SEGs设计策略，拓展了可持续润滑材料的开发路径。
2. 阐明摩擦膜的组成与形成机制，为多功能润滑材料研究提供理论依据。

应用价值：
SEGbut可作为高铁、风电等电气化设备轴承的理想润滑剂，同步解决润滑失效和电腐蚀问题。

研究亮点

1. 材料创新：首次将甜菜碱基DESs用于润滑凝胶，兼具环境友好性与高性能。
   
2. 性能突破：SEGbut的摩擦系数和磨损体积降低幅度（45.28%/94.42%）显著优于现有研究。
   
3. 方法论：结合FIB-TEM和XPS多尺度表征，精确解析摩擦膜化学-结构关系。
   

其他价值

• 数据可重复性：所有实验重复三次，确保结果可靠性。
  
• 支持数据：在线补充材料提供DESs摩尔比、黏度等详细参数（DOI:10.1016/j.triboint.2025.111350）。
  

（报告总字数：约1500字）