温度依赖性近红外光谱解析聚醚水溶液氢键动态与润滑性能机制

为解决聚醚水溶液在高温工况下润滑性能动态变化的机制问题，研究人员采用温度依赖性近红外光谱（NIR）结合二维相关光谱（2D-COS）技术，揭示了氢键破坏与蓝移效应的关联性，证实黏度与蓝移幅度的线性关系，为新型水基润滑剂开发提供理论依据。

　　

在金属加工领域，聚醚（polyether）因其独特的逆溶解性和优异的润滑/冷却双重功能被广泛应用。然而，高温环境下聚醚分子与水分子间氢键的动态变化如何影响其润滑性能，始终是困扰研究者的难题。传统检测方法如表面力仪、四球摩擦仪等难以实时捕捉分子层面的动态过程，而聚醚溶液在高温工况下的快速成膜机制更是缺乏直接观测手段。

针对这一挑战，来自中国的研究团队创新性地构建了温度依赖性近红外光谱系统，通过分析水分子O-H键（8640 cm^-1
-10350 cm^-1
）和亚甲基特征峰的蓝移现象，结合二维相关光谱（2D-COS）解析氢键破坏的时序规律。研究发现温度升高导致水分子吸收峰系统性蓝移，且与黏度变化呈线性相关，证实氢键破坏是影响聚醚溶液逆溶解性的关键因素。2D-COS异步谱进一步揭示脱水过程优先于分子聚集的动力学特征，为理解润滑膜快速形成机制提供了分子层面的解释。该成果发表于《Vibrational Spectroscopy》，为开发智能响应型润滑剂奠定了理论基础。

关键技术包括：1）自主搭建的温度可控近红外光谱系统（25-100°C）；2）傅里叶变换近红外光谱仪（FTIR）采集特征峰；3）二维相关光谱分析氢键动态变化序列；4）黏度-蓝移幅度相关性建模。

温度依赖性NIR光谱系统与样品
研究团队设计的光路系统采用45 mm光程比色皿，通过光纤耦合准直器实现变温条件下的连续检测，确保在升温过程中完整捕捉聚醚分子C-O-C键（1100 cm^-1
）和水分子O-H键的振动模式转变。

不同温度下聚醚与水的光谱特征
在10350 cm^-1
处观察到的水分子吸收峰蓝移现象，与温度升高导致的氢键网络破坏直接相关。聚醚分子中亚甲基（CH₂
）在7000 cm^-1
处的特征峰位移，则反映其疏水链段的构象变化。

结论
本研究通过NIR光谱成功建立温度-氢键破坏-润滑性能的定量关系模型，证实2D-COS在解析分子相互作用动力学方面的独特优势。发现蓝移幅度可作为预测聚醚溶液黏度的光学标记物，这对开发基于光谱监测的智能润滑系统具有重要指导意义。研究不仅深化了对逆溶解度机制的理解，还为水基润滑剂的高通量筛选提供了新方法学范式。