构筑具有智能响应特性的功能复合润滑材料，是当前摩擦学领域的前沿热点。凭借优异的力学、自润滑和高效光热转换等性能，二维过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物（MXene）在摩擦学领域的应用受到持续关注。将具有多功能性的MXene作为增强相引入凝胶体系，有望实现其润滑状态的主动调控。

近年来，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功能润滑材料课题组围绕MXene增强型凝胶润滑体系的设计制备与摩擦学性能调控方面取得系列进展。

研究人员利用聚乙烯吡咯烷酮与植酸间的动态氢键作用构建网络骨架，开发出具有pH响应特性的MXene增强型凝胶润滑剂。分子动力学模拟表明，MXene表面官能团与聚合物基体间形成氢键作用，显著增强交联网络。通过调节pH值（2~12），实现摩擦系数的调控，在中性条件下摩擦系数稳定在0.01（图1）。该凝胶还兼具可注射性、自修复特性与生物相容性。相关成果发表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering（2024, 12, 18679）上。

图1. pH响应性MXene增强水凝胶的制备及其智能润滑性能

为进一步实现对摩擦行为的主动、精准调控，研究人员采用多巴胺对MXene进行表面功能化修饰，并将其引入到温敏性聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）网络，构筑了具有近红外光（NIR）响应特性的智能复合水凝胶（pMXene-PNIPAM）。在NIR照射下，MXene的光热转换效应诱导凝胶内部迅速升温，聚合物链发生亲疏水转变，凝胶网络收缩致密，摩擦系数随之升高；而当关闭NIR时，摩擦系数又恢复至初始值（图2）。该过程实现了摩擦系数的可逆调控与主动干预。相关成果发表在Tribology International（2024, 193, 109435）上。此外，利用低共熔溶剂固有的低凝点和热稳定性，开发出在-30℃至80℃宽温域内具有优异黏弹性和低摩擦特性的自适应性共晶凝胶。相关成果发表在Tribology International（2026, 217, 111628）上。

图2. 光热响应型pMXene-PNIPAM水凝胶的制备及其智能润滑性能研究

受天然肌肉组织结构和功能一体化启发，研究人员设计了基于动态硼酸酯键、多重氢键及结晶域的三重交联网络结构的MXene增强型水凝胶（图3）。在模拟体液环境连续10 h的摩擦测试中始终保持稳定的润滑性能（摩擦系数0.038）。该凝胶还实现了NIR触发的可逆润滑调控，并集成了热-力-摩擦多模态传感功能。基于NIR诱导的表面润滑状态变化及电阻率响应，构建了两种独立的刺激-响应通道。未来可通过实时监测电阻变化间接反映摩擦状态，实现对近红外光调控程度的闭环反馈。相关成果发表在Small（2026, e75032）上。

图3.多重交联水凝胶的构建及其智能润滑性能研究

兰州化物所博士研究生黄焱为以上论文第一作者，李章朋副研究员和王金清研究员为共同通讯作者。

以上研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、甘肃省重点研发计划和中国科学院“西部之光”等项目资助。