导读：

近期，中国科学院兰州化学物理研究所张招柱研究员团队以一步无电沉积法制备了具有微纳分级结构的银包覆荷荷巴油微胶囊，并将其引入PEEK/PTFE 织物增强聚酰亚胺（PI）复合材料中，系统探究了微胶囊尺寸对复合材料界面、力学、热学及摩擦学性能的影响，揭示了协同增强机制，为高性能自润滑织物复合材料的设计提供了明确思路。相关研究以“Microcapsules with hierarchical structures via one-step electroless plating: Enhancing the tribo-mechanical performance of fabric composites”为题目，发表于期刊《Nano Materials Science》。

本文要点：

1. 创新制备工艺

• 一步化学镀策略：研究人员开发了一种环境友好的“一步化学镀”方法，以葡萄糖为还原剂，在荷荷巴油（Jojoba oil）液滴表面包覆银（Ag）壳，制备出具有微/纳米层级结构的微胶囊。

• 层级结构：这种方法在不同尺寸的微胶囊表面均匀生成了约30 nm 的银纳米凸起，形成了微纳米层级表面。

2. 界面设计与增强机制

• 共价-配位双重作用：微胶囊表面的银与聚酰亚胺（PI）树脂的氨基形成配位键，同时表面的羟基与树脂的羧基发生酯化反应形成共价键。

• 强界面结合：这种双重键合机制实现了微胶囊与复合材料基体间的强力锚固，显著提升了界面粘附力。

3. 微胶囊尺寸对性能的影响（设计准则）

研究发现微胶囊的尺寸是调节复合材料性能的关键“杠杆”：

• 亚微米/纳米级微胶囊（如 Ag@3j, Ag@5j）

• 力学增强：通过促进PI 树脂的亚胺化程度，显著提升了复合材料的拉伸强度、硬度和热稳定性。

• 高完整性：形成了更完整的化学交联网络。

• 微米级微胶囊（如Ag@7j）

• 摩擦学优化：具有更高的含油量，能提供更持久的润滑，使磨损率相比原始样本降低了02%。

• 热管理：建立了更有效的热传导路径，提高了复合材料的导热系数，有助于摩擦热的散失。

4. 润滑机制分析

• 润滑膜形成：在摩擦过程中，微胶囊破裂释放出荷荷巴油，在摩擦界面形成连续的边界润滑膜。

• 协同保护作用：释放出的银纳米粒子在摩擦界面发生氧化，生成的Ag₂O 能够清除活性氧物种，从而抑制 PTFE 纤维和 PI 树脂的脱氟降解。

5. 结论

本文提出的界面工程策略证明了通过精确调控微胶囊尺寸和界面化学，可以协同优化织物复合材料的力学强度和长效自润滑性能。较小的微胶囊倾向于结构强化，而较大的微胶囊则更有利于持久润滑和散热。

如何进一步优化银包覆荷荷巴油分级结构微胶囊的性能？

图1 (a) 银包覆荷荷巴油微胶囊的合成流程及微胶囊与树脂间相互作用的示意图；(b) Ag@7j 微胶囊、(c) Ag@5j 微胶囊、(d) Ag@3j 微胶囊的扫描电镜图像；(e) Ag@7j 微胶囊、(f) Ag@5j 微胶囊、(g) Ag@3j 微胶囊的高角环形暗场-扫描透射电镜图像；(e₁)–(e₄) Ag@7j 微胶囊的高角环形暗场-扫描透射电镜图像及对应元素分布图；(h) 微胶囊尺寸分布直方图；(i) 荷荷巴油与微胶囊的热重分析曲线；(j) 荷荷巴油与微胶囊的傅里叶变换红外光谱；(k) 银包覆荷荷巴油微胶囊的 X 射线衍射图谱。

图2 (a) 聚酰亚胺树脂的衰减全反射-傅里叶变换红外光谱；(b) 聚酰亚胺树脂的 N 1s 高分辨 X 射线光电子能谱；(c) 织物复合材料的热重曲线；(d) 拉伸强度；(e) 织物复合材料的载荷-位移曲线；(f) 织物复合材料的热导率；(g) 聚酰亚胺树脂亚胺化过程的示意图。

图3 (a) 织物复合材料在 200 转/分钟和 360 转/分钟旋转摩擦下的平均摩擦系数；(b) 织物复合材料在 200 转/分钟和 360 转/分钟旋转摩擦下的平均磨损率；(c) 200 转/分钟旋转摩擦下摩擦系数随时间的变化曲线；(d) 360 转/分钟旋转摩擦下摩擦系数-时间曲线；(e)–(h) 200 转/分钟下织物复合材料的磨损表面；(i)–(l) 360 转/分钟下织物复合材料的磨损表面。

图4 (a)–(d) 纯 P-0 织物复合材料的 C 1s、N 1s、O 1s、F 1s 高分辨 X 射线光电子能谱；(e)–(h) 200 转/分钟下 P-0 的磨损表面高分辨 X 射线光电子能谱；(i)–(l) 360 转/分钟下 P-0 的磨损表面高分辨 X 射线光电子能谱。

图5 (a)–(e) 纯 P-7 织物复合材料的 C 1s、N 1s、O 1s、F 1s、Ag 3d 高分辨 X 射线光电子能谱；(f)–(j) 200 转/分钟下 P-7 的磨损表面高分辨 X 射线光电子能谱；(k)–(o) 360 转/分钟下 P-7 的磨损表面高分辨 X 射线光电子能谱。

图6 (a) 360 转/分钟下与 P-7 对磨形成的摩擦膜的聚焦离子束-扫描透射电镜截面全貌图；(b)、(c) 摩擦膜的高倍形貌图；(d) (c) 中 Ⅰ 区域的高分辨透射电镜照片；(e) (a) 中皱纹区域的高分辨透射电镜照片；(f)、(g) (c) 中 Ⅱ 区域的高分辨透射电镜照片；(h) 摩擦膜中银纳米颗粒的高角环形暗场-扫描透射电镜图像；(i)–(i₇) 银、氧、碳、氟、钨、铁元素的 X 射线能谱面分布图。

图7 微胶囊摩擦作用机制示意图。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoms.2026.03.001

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