RAFT聚合修饰六方氮化硼的表面工程策略及其在蓖麻油中的摩擦学性能优化

针对六方氮化硼(h-BN)在非极性介质中分散性差的问题，研究人员通过RAFT聚合技术将甲基丙烯酸酯聚合物共价接枝到h-BN表面，构建了具有不同疏水链长的杂化纳米结构。实验证明聚月桂基甲基丙烯酸酯(PLAMA)修饰的h-BN使蓖麻油摩擦系数降低59%，磨损率下降86%，为二维润滑剂添加剂设计提供了可扩展方案。

　　

在现代机械系统中，摩擦和磨损导致的能量损失约占全球总能耗的20%，开发高性能润滑添加剂成为提升能源效率的关键。六方氮化硼(h-BN)因其优异的化学惰性和热稳定性被视为理想固体润滑剂，但其在油性介质中的团聚倾向严重制约实际应用。传统物理混合法难以解决纳米片层不可逆堆积问题，而现有化学修饰方法又常破坏h-BN的本征润滑特性。

针对这一技术瓶颈，内杰梅丁·埃尔巴坎大学（Necmettin Erbakan University）的研究团队创新性地提出单体级疏水设计策略。通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合技术，将定制合成的甲基丙烯酸酯聚合物精确接枝到h-BN纳米片表面，系统研究了不同链长对分散稳定性及摩擦学性能的影响规律。该研究成果发表于《Polymer》期刊，为二维润滑剂添加剂的分子工程提供了新范式。

研究采用三步关键技术路线：首先通过Steglich酯化反应合成戊酸(PEMA)、月桂酸(LAMA)和棕榈酸(PAMA)三种甲基丙烯酸酯单体；随后利用羧基功能化链转移剂(CDP)进行RAFT可控聚合；最后通过酯化反应将聚合物共价接枝到羟基化h-BN表面。通过核磁共振(¹H-NMR)和红外光谱(FTIR)验证了单体和聚合物的结构完整性，X射线衍射(XRD)证实接枝过程未破坏h-BN的层状晶体结构。

【材料表征】
透射电镜(TEM)显示接枝后的h-BN纳米片保持完整二维形貌，热重分析(TGA)测得PLAMA接枝量达18.7wt%。X射线光电子能谱(XPS)在398.5eV处出现B-N-C特征峰，证实了聚合物与h-BN的共价连接。

【分散性能】
21天沉降实验表明，短链PEMA修饰的h-BN在蓖麻油中形成稳定胶体，而长链PAMA修饰样品因疏水作用导致快速沉降。动态光散射(DLS)测得PLAMA-h-BN的流体力学直径稳定在220nm，Zeta电位为-41mV，证实静电稳定机制占主导。

【摩擦学性能】
球-盘摩擦试验显示，PLAMA-h-BN使蓖麻油的稳态摩擦系数降至0.0646，较基础油降低59%。三维形貌仪测得磨损体积为0.01132mm³/N·m，降幅达86%。拉曼光谱在磨损表面检测到连续的h-BN tribofilm，其厚度与聚合物侧链长度呈正相关。

该研究通过分子设计实现了h-BN在油介质中的长期稳定分散与摩擦学性能的协同优化。特别值得注意的是，中等链长的PLAMA在界面附着力和空间位阻效应间取得最佳平衡，其形成的连续 tribofilm 能有效阻隔金属表面直接接触。这一发现为润滑添加剂设计提供了重要启示：过长的疏水链虽增强油相容性，但会引发纳米片二次聚集；而过短的链则难以形成有效的边界润滑膜。研究人员建立的"单体结构-分散稳定性-摩擦性能"构效关系模型，为其他二维材料在润滑领域的应用提供了普适性指导。

从工程应用角度看，该研究开发的RAFT接枝技术具有反应条件温和、接枝密度可控等优势，适合规模化生产。未来通过调控聚合物分子量分布和接枝位点密度，有望进一步优化纳米添加剂在复杂工况下的摩擦学响应。这项成果不仅推动了h-BN在生物基润滑油中的应用，也为解决其他二维材料分散难题提供了新思路。