在聚合物复合润滑材料领域，现有方法主要采用零维、一维或二维功能填料复合改性，功能填料含量较低往往不足以形成连续相。聚合物仍然是复合材料内唯一的连续相，导致其力学强度、导热性能和耐磨性能在很大程度上受制于聚合物基体。

中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料全国重点实验室聚合物摩擦学课题组，以三维连续金属骨架为增强相，以研制聚四氟乙烯树脂细粉或乳液为基体，采用液相浸渍、热烧结制备泡沫金属-聚四氟乙烯互穿相复合材料，通过结构参数调控、基体改性、界面构筑和基体/界面协同改性方法，拓展了泡沫金属-聚四氟乙烯互穿相复合材料在润滑领域的功能化应用。

研究人员研究了金属骨架材料、孔隙率和面密度对连续相复合材料性能的影响规律，结果表明，泡沫镍与聚四氟乙烯具有最优的亲和性，表现为良好的界面结合与高填充率。随孔隙率降低、面密度增加，泡沫金属-聚四氟乙烯互穿相复合材料力学强度、摩擦磨损性能、导热性能均随之升高。特别是，以2%体积分数、孔隙率80%泡沫镍增强聚四氟乙烯复合材料时，拉伸强度超过50 MPa，导热系数达15.26 W/(m·K)，磨损率下降98.7%，解决了传统聚四氟乙烯复合材料增强效果受制于基体的瓶颈问题。相关研究结果发表在 Friction（2025, 13(5): 9440948）和Tribology International（2025: 111346）上。

图1. 泡沫镍-聚四氟乙烯互穿相复合材料孔隙率分析

图2. 泡沫镍-聚四氟乙烯互穿相复合材料磨损机制及性能

研究人员还研究了无机填料引入对泡沫镍-聚四氟乙烯互穿相复合材料性能的增强机制，结果表明，碳纳米管在三维微米泡沫镍表面形成纳米网状结构，促进了界面应力传递与热量耗散，显著提升了力学强度与导热性能。得益于泡沫镍与碳纳米管形成的三维微/纳网络，复合材料输出电流提高至1.5μA，是纯聚四氟乙烯的30倍。摩擦起电响应长效稳定，与不同摩擦副具有普适性，展示了互穿相复合材料具备优异导电特性，可作为高效能量收集的摩擦电材料。相关研究结果发表在Small（2025, 21(5):2409607）上。

图3. 微纳复合网络增强泡沫镍-聚四氟乙烯复合材料设计

针对泡沫金属与聚四氟乙烯异质界面结合弱的问题，研究人员采用氟硅烷偶联剂对泡沫镍三维连续界面进行液相氟化改性，同时在基体中引入少量氟化石墨。结果表明，界面-基体“双氟化”的设计有效增强了泡沫镍与聚四氟乙烯之间的界面结合，从而抑制外力拉伸时的变形与裂纹扩展；少量氟化石墨的引入增强了PTFE连续相的硬度、模量，使得双连续相复合材料的导热系数提升至1.3 W/(m·K)。得益于由聚四氟乙烯、镍磨屑与氟化石墨在金属配副表面形成的复合摩擦转移膜，进一步改善了复合物的摩擦学性能，磨损率下降90.7%。相关研究结果发表在Composites Part B: Engineering（2025: 112816）上。

图4. 界面-基体“双氟化”增强泡沫镍-聚四氟乙烯复合材料设计

苏瑜洁博士生为论文第一作者，刘昊副研究员、于强亮研究员、王建章研究员为共同通讯作者。

上述研究工作得到了国家重点研发计划项目的支持。