稀土改性氧化石墨烯增强PBO/聚酰亚胺复合材料界面性能及其摩擦学特性研究

为解决聚酰亚胺(PI)在极端条件下界面结合弱化问题，研究人员通过稀土(镧)离子锚定氧化石墨烯(GO)于PBO纤维表面，构建RE-GO-RE-PBO/PI多尺度增强结构。0.3 wt%稀土溶液浓度下获得均匀GO沉积，使复合材料拉伸强度提升91.74%，模量提高58.44%，同时展现优异耐磨性。该研究为航空航天领域高性能摩擦学材料设计提供新范式。

　　

聚酰亚胺(Polyimide, PI)材料因其在极端工况下卓越的减摩抗磨特性，成为摩擦学领域明星材料。然而其本征拉伸性能不足的短板，迫使科学家寻求增强方案。被誉为"超级纤维"的聚对苯撑苯并二噁唑(Poly(p-phenylene benzobisoxazole), PBO)虽具超凡力学性能，却因表面惰性与PI基体产生"貌合神离"的界面问题。

研究团队巧妙利用稀土镧离子(Lanthanum)作为"分子胶水"，将氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)纳米片精准锚定在PBO纤维表面，构建出RE-GO-RE-PBO多级增强结构。通过优化稀土溶液(Rare-Earth Solution, RES)浓度至0.3 wt%，成功实现GO纳米片的均匀稳定沉积，犹如在纤维与基体间铺设"纳米级高速公路"。

性能测试显示，这种"三明治"结构的复合材料展现出惊人提升：拉伸强度飙升至纯PI的191.74%，弹性模量增长58.44%。摩擦实验中，材料表面形成自润滑转移膜，摩擦系数低至0.15，磨损率下降82%。透射电镜揭示GO纳米片的"钉扎效应"有效阻止裂纹扩展，稀土离子则充当"桥梁"增强界面应力传递。

该突破性工作不仅攻克了纤维增强复合材料界面优化的世纪难题，更开创性地将稀土元素与二维材料协同应用于摩擦学领域。这种"纳米-微米"多尺度设计策略，为新一代航天轴承、人造关节等极端工况器件提供材料解决方案，推动高性能复合材料进入"界面精准调控"的新纪元。