何永勇

清华大学机械系

国家重点基础研究发展计划，项目编号2014CB046404

水是一种低成本、高储量的润滑剂，但由于水的粘度低、承载力差，常常导致严重的摩擦和磨损。添加润滑添加剂是有效减少摩擦和磨损的策略之一，其能在摩擦界面处形成吸附膜，以减少摩擦和磨损。然而，现有的添加剂所形成的吸附膜在长时间摩擦时容易失效，这是由于它与基材的结合力主要是基于物理吸附。因此，开发能够与摩擦界面构成强吸附的润滑添加剂具有重要意义。

图1.贻贝能黏附在各种基材上（左图）；仿贻贝技术在润滑添加剂领域的应用（右图）

仿生贻贝技术有望解决上述问题。海洋贻贝通过自身足丝分泌出具有超强黏附能力的黏液，可以将贻贝极其牢固地粘附在金属、玻璃、聚合物以及矿物等基底材料的表面上，就算是在波涛汹涌的巨浪冲刷下仍能紧紧黏附基材。研究发现，贻贝足腺分泌出的黏附蛋白中包含了二羟基苯丙氨酸（DOPA，多巴）和少量的赖氨酸残基。DOPA中的邻苯二酚基团可与金属离子及金属氧化物间产生强大的络合作用。那么，如何将仿生贻贝技术运用到水基润滑领域？在实际应用中，如何将贻贝黏附膜转化为摩擦吸附膜？

清华大学摩擦学国家重点实验室何永勇研究员课题组基于多巴的衍生物聚多巴胺（PDA），制备了聚多巴胺纳米颗粒，并将其作为添加剂加入润滑液中，解决了水基润滑的技术难题。在深入理解贻贝粘附机理的基础上，何永勇研究员提出了通过纳米颗粒的界面自组装思路，实现了摩擦吸附膜的自修复行为。一旦金属由于磨损暴露出新鲜表面，聚多巴胺纳米颗粒就能迅速在该区域成膜，该工作推动了仿生贻贝技术的实际工程应用。

图2.仿贻贝润滑添加剂的制备、性能（左图）及作用机理（右图）