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出版者:

作者:Sinha, Sujeet K. (EDT)

出品人:

页数:724

译者:

出版时间:2009-3

价格:$ 268.00

装帧:

isbn号码:9781848162020

丛书系列:

图书标签:

• 聚合物摩擦学
• 摩擦
• 磨损
• 材料科学
• 表面工程
• 润滑
• 聚合物
• 界面
• 纳米摩擦学
• 生物材料

摩擦学中的新纪元：先进聚合物材料的界面行为与功能化研究 本书聚焦于当前摩擦学领域中极具活力和挑战性的前沿——高性能聚合物材料在复杂界面条件下的摩擦、磨损与润滑行为。它并非仅仅停留在对传统聚合物材料性能的简单综述，而是深入剖析了 新型分子结构设计、先进表面改性技术 如何驱动聚合物摩擦学性能实现革命性突破。 第一部分：聚合物摩擦学的基础与挑战的重塑 本书的开篇部分系统回顾了摩擦学领域中聚合物所扮演的关键角色，并明确指出了现有研究的局限性，为后续的创新性工作奠定理论基础。 第一章：聚合物材料在摩擦系统中的结构-性能关联 本章详细考察了不同化学结构（如线性、支化、交联网络、液晶聚合物）如何影响聚合物的宏观力学性能（粘弹性、屈服强度）及其在接触压力下的微观响应。重点讨论了玻璃化转变温度（Tg）、结晶度以及分子量分布对摩擦系数和磨损率的非线性影响机制。通过结合原子力显微镜（AFM）下的纳米压痕测试，揭示了接触区域的瞬时塑性形变与剪切流动行为。 第二章：高负荷与高温环境下的聚合物失效模式 不同于金属或陶瓷材料，聚合物在极端工况下展现出独特的失效路径。本章细致分析了以下几个关键失效模式： 1. 粘附与转移膜的形成： 探讨了在高剪切速率下，聚合物链段如何从基体中剥离并在对偶表面上形成稳定或不稳定的转移膜（Transfer Film）。重点分析了转移膜的化学成分、厚度分布及其对降低摩擦系数的贡献。 2. 热塑性与蠕变： 在高温摩擦过程中，聚合物的粘弹性行为急剧变化。本章利用同步辐射技术跟踪了材料在摩擦热点下的微观温度场，并建立了热量累积模型与材料软化速率的耦合关系。 3. 疲劳与微裂纹扩展： 针对高频往复运动或滚动接触，探讨了聚合物内部的自由体积变化如何导致疲劳累积，并首次引入了基于分子动力学模拟的疲劳寿命预测框架。 第三章：润滑剂与聚合物界面的相互作用 本章将焦点从干摩擦转向了湿润摩擦体系。书中不仅涵盖了传统润滑油的添加剂效应，更深入探讨了： 固态润滑剂的嵌入与协同效应： 例如，石墨烯、二硫化钼（MoS2）纳米片在聚合物基体中的均匀分散技术，以及它们在界面上形成的三元（聚合物-润滑剂-固体润滑剂）复合转移膜的稳定性。 离子液体（ILs）作为新型润滑介质： 研究了ILs的特定阴阳离子结构如何通过氢键或静电作用与聚合物表面官能团结合，实现“界面反应性润滑”，显著降低了磨损率。 第二部分：面向特定应用的先进聚合物设计与表面工程 本部分是本书的核心创新所在，它将材料科学的前沿发现直接应用于解决实际工程难题。 第四章：自修复与智能响应型摩擦材料 这一章关注于如何赋予聚合物摩擦学系统主动感知和响应外界刺激的能力。 动态共价键与超分子自修复： 详细介绍了基于Diels-Alder反应、硫醇-烯点击化学等动态可逆键合技术，在聚合物中引入的微胶囊或本征自修复网络。测试了这些材料在经历微损伤后，通过外部加热或光照能否恢复其摩擦学性能的百分比。 刺激响应性摩擦系数调控： 探讨了pH敏感、电场敏感或湿度敏感的聚合物水凝胶（Hydrogels）如何作为“智能垫片”，实现摩擦系数的实时、可逆调控，这对于精密仪器和医疗器械具有重大意义。 第五章：超低摩擦表面结构的构建：仿生与微纳加工技术 本书引入了从自然界中获取灵感的设计理念，并结合尖端制造技术来实现突破性的摩擦性能。 仿生表面拓扑学研究： 借鉴荷叶效应和昆虫足垫结构，设计了具有特定微米和纳米级凸起、凹槽或分层结构的聚合物表面。分析了这些结构如何通过捕获润滑剂、形成空气垫层（Air Entrapment）来降低实际接触面积。 反应性等离子体刻蚀与沉积： 阐述了如何利用低温等离子体技术，在聚合物基底上精确刻蚀出具有特定几何形状的微通道或沟槽阵列，以优化润滑剂的储存和再分配能力，特别是在高真空或交变载荷下的表现。 第六章：高性能复合材料的界面增强策略 传统的聚合物材料往往在强度和耐磨性上存在瓶颈。本章聚焦于如何通过纳米填料强化聚合物以提升其在摩擦学中的耐久性。 碳纳米管（CNTs）与石墨烯（Graphene）的界面优化： 深入探讨了如何通过表面功能化（如硅烷偶联剂、聚合物接枝）来解决纳米片在聚合物中的团聚问题。研究表明，优化的界面结合能显著提高复合材料的界面剪切强度，从而抑制磨损颗粒的产生。 陶瓷颗粒（如SiC, Al2O3）的抗侵蚀作用： 分析了硬质陶瓷填料在聚合物摩擦副中的双重作用——一方面作为“微型轴承”降低摩擦，另一方面作为屏障阻止对偶表面的化学侵蚀。讨论了填料浓度对磨损机理的临界转折点。 第三部分：先进表征技术与未来展望 本书的最后部分着眼于前沿的测试手段和对未来研究方向的引导。 第七章：原位（In-situ）与实时表征技术在聚合物摩擦学中的应用 为了真正理解摩擦过程中发生的事情，必须摆脱事后分析的局限。本章详细介绍了多种尖端表征技术： 同步辐射X射线散射（SAXS/WAXS）： 用于实时监测高负荷下聚合物链段的取向和结晶度的动态变化。 原位摩擦电荷测量： 关联摩擦运动与表面电荷的产生和耗散，揭示了摩擦电效应在聚合物磨损机制中的潜在作用。 高分辨率光学成像（DIC/SEM）： 结合高倍率显微镜，捕捉转移膜的形成、裂纹的萌生与扩展过程的瞬间图像。 第八章：面向工业应用的跨尺度建模与预测 本书以对未来摩擦学研究的深刻洞察收尾。它强调了从原子尺度到宏观工程尺度的多尺度建模方法的重要性。提出了一种结合密度泛函理论（DFT）计算分子间作用力、分子动力学（MD）模拟粘弹性响应，最终输入到有限元分析（FEA）模型中的耦合框架，以期为新型聚合物摩擦材料的设计提供高效的虚拟筛选工具。 总结而言，本书为材料科学家、机械工程师和摩擦学研究人员提供了一份详尽的参考指南，旨在推动聚合物摩擦学从经验试错法向理性设计驱动的先进制造迈进。

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