基于氢键调控的三元低共熔溶剂(ChCl/EG/TU)组分精细优化及其高性能润滑机制研究

本研究针对传统润滑剂成本高、污染大的问题，通过将含硫活性元素的ChCl/TU引入ChCl/EG二元低共熔溶剂(DESs)，精细调控组分比例制备三元DESs(TDESs)。研究发现当ChCl/TU比例为2.5%时，摩擦界面形成羟基化学吸附膜与FeS摩擦化学复合膜，使润滑膜厚度和承载能力提升50%以上，磨损量降低94%。该工作为开发环保型高性能液体润滑剂提供了理论依据。

　　

在机械系统高效运行与环境保护的双重需求下，润滑剂领域正面临重大挑战。传统润滑剂不仅合成工艺复杂，其潜在的环境污染问题更与可持续发展理念背道而驰。虽然离子液体展现出替代潜力，但高昂的成本制约了其广泛应用。此时，兼具可调控性、低成本和环境友好特性的低共熔溶剂(DESs)进入了研究者视野。然而，现有二元DESs在苛刻工况下易失效，且关于三元体系(TDESs)的研究尚属空白。

针对这一科学难题，浙江某研究团队在《Journal of Molecular Liquids》发表创新成果。研究以胆碱氯化物(ChCl)/乙二醇(EG)二元DESs为基础，引入含活性硫元素的硫脲(TU)，通过精确调控ChCl/TU比例(1.5%-3.5%)，成功开发出系列ChCl/EG/TU三元体系。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析氢键网络重构，热重分析(TGA)评估热稳定性，摩擦磨损试验机测试润滑性能，结合X射线光电子能谱(XPS)解析摩擦界面化学组成。

结构特征分析
FTIR光谱显示，当ChCl/TU比例为2.5%时，TU的C=S键(1473 cm^-1)与EG的OH键(3350 cm^-1)形成最强氢键相互作用。这种分子间作用力的优化使体系熔点降低至-42°C，同时热分解温度保持在180°C以上。

摩擦学性能突破
在最优配比下，TDESs使钢摩擦副的摩擦系数降低30%，磨损量锐减94%。XPS分析揭示其双重作用机制：一方面，EG的羟基在摩擦界面形成致密化学吸附膜；另一方面，TU分解产生的活性硫与铁基体反应生成FeS纳米颗粒(结合能711.2 eV)，构成具有梯度硬度的复合润滑膜。

氢键调控机制
分子动力学模拟表明，2.5%的ChCl/TU比例使体系氢键密度达到峰值(3.8 bonds/nm³)。这种精确的组分调控既保证了润滑膜的快速铺展(接触角65°)，又赋予其优异载荷能力(最大赫兹接触压力1.8 GPa)。

该研究首次建立了DESs组分比例-氢键强度-润滑性能的定量关系，突破了二元体系性能瓶颈。所提出的"氢键调制-界面成膜"协同机制，为设计新一代环保润滑材料提供了全新思路。特别值得注意的是，研究中采用的硫脲虽具润滑优势，但作者强调后续应开发生物相容性更优的硫源以提升环境友好性。这项工作不仅推动了DESs在摩擦学领域的基础理论发展，更为工业界开发可替代矿物油的高性能润滑剂指明了技术路径。