三维"软梯"结构八氨基苯基倍半硅氧烷交联氧化石墨烯的耐磨性能研究

本文创新性地利用八氨基苯基倍半硅氧烷(OAPOSS)交联氧化石墨烯(GO)，构建了三维"软梯"结构纳米材料。研究表明，该结构通过共价键增强GO-基底结合力，形成更规整排列的纳米片层，其润滑膜厚度达393?nm，耐磨寿命达289?min，显著优于二维"板-锚"结构(MAPOSS-GO)和纯GO。分子动力学(MD)模拟揭示了其三重耐磨机制：POSS增强界面结合、共价键抵抗摩擦剪切、"软梯"结构形成物理嵌合。该研究为设计高耐磨层状纳米材料提供了理论依据。

　　

Highlight

本研究通过八氨基苯基倍半硅氧烷(OAPOSS)与氧化石墨烯(GO)的共价交联，成功构建了具有革命性"软梯"结构的三维纳米材料。这种精巧设计不仅让纳米片层跳起了"分子探戈"，更在摩擦学领域谱写了新乐章——其形成的润滑膜如同"纳米级席梦思"，厚度达到惊人的393纳米，耐磨寿命更是突破289分钟，把传统二维材料远远甩在身后。

Materials

实验采用南京JCNANO公司提供的氧化石墨烯(GO，纯度99.5%)作为"分子画布"，以氨基丙基异丁基POSS(OM-POSS)和八氨基苯基POSS(OA-POSS)作为"纳米积木"。这些"建筑模块"在交联剂EDC的撮合下，上演了一场精彩的分子自组装大戏。

Characterization

电子显微镜图像生动展示了GO从"平板皱褶"到"三维软梯"的华丽变身。就像侦探破案一样，EDS元素 mapping 清晰地揭示了POSS在GO表面的均匀分布，而TEM图像中那些红色圆圈标记的POSS微球，就像是散落在纳米森林里的珍珠。

Conclusion

这项研究犹如在纳米世界搭建了一座"分子埃菲尔铁塔"——OAPOSS的8个氨基基团充当"软梯绳索"，将不同纳米片共价连接成稳固的三维网络。与仅含单氨基的MAPOSS形成的"板-锚"结构相比，这种创新设计不仅抵抗了摩擦过程中的剪切力，更通过物理嵌合作用实现了"1+1>2"的协同效应。分子动力学模拟像一台"纳米摄像机"，真实记录了材料在摩擦过程中的微观结构演变，为未来设计超耐磨涂层提供了全新蓝图。