《ACS Nano》植物糖原纳米颗粒：自然衍生的超级润滑剂

　　【科研摘要】

　　植物糖原纳米颗粒（ PhG NPs）是一种单分子高度分支的多糖，由于大量紧密堆积的羟基与水形成氢键，因此具有出色的保水性。

　　最近 ， 蒙特利尔大学 Xavier Banquy 和多伦多大学 Eugenia Kumacheva 教授 团队 报告了作为边界润滑剂的PhG NPs的紧密堆积吸附单层的润滑性能。使用直接的表面力测量， 团队 表明NP层的水合性质导致其惊人的润滑性能，具有两个不同的受限制控制的摩擦系数。 在弱到中度约束状态下，当NP层在不超过2.4 MPa的常压下被压缩至原始厚度的8％时，NP以10 -3 的摩擦系数润滑表面。在强约束条件下，在不超过8.1 MPa的常压下，原始层厚度为6.5％，摩擦系数为10 –2 。

　　对受限 NP膜中的水含量和能量耗散的分析表明，润滑受未结合和结合的水分子的协同作用支配，前者在弱到中度约束条件下有助于润滑性能，而后者则负责在强约束条件下进行润滑。这些结果揭示了对于基于强水合NP的润滑系统设计必不可少的机械原理。 相关论文以题为 Phytoglycogen Nanoparticles: Nature-Derived Superlubricants 发表在《 A CS Nano 》上。

　　【主图导读】

　　图 1. （a）由葡萄糖单体制成的高度分支的PhG NPs的化学结构。（b）在水分散体（左）和物理吸附在云母上（右）的球状NP的示意图。（c）用于法向力和摩擦力测量的SFA设置的示意图。（d）在0、20、100和1000μg mL -1 PhG浓度的云母表面之间的PhG分散体的压缩力曲线。（e）从100μg mL –1 PhG分散体中吸附在云母表面的PhG NPs的AFM图像。

　　图 2.在连续的压缩-分离循环下，吸附的PhG NP薄膜之间的相互作用力。 PhG NPs在100μg mL -1 分散液中的云母表面的压缩力（a）和分离力（b）。（c）当表面相距很远时（i），当它们开始接触时，D = D0（ii），以及当它们被压缩到其硬壁厚度（iii）时，聚合物膜的示意图。

　　图 3.吸附的PhG NP膜的润滑性能。 （a）云母表面以50 mHz（相当于3 μms -1 ）滑动穿过吸附的PhG NP膜的摩擦痕迹。（b）在3 μms -1 的滑动速度下，约束的PhG NP层的摩擦力Fs与法向力Fn的变化。

　　图 4.压缩诱导的聚合物薄膜脱水。 （a）当NP在所施加的法向力作用下逐渐压缩时，摩擦力随距离D的变化随空间相互作用的开始D0≈32.4 nm而定。（b）水体积分数随密闭度的变化。（c）示意图（b）中显示的三种膜压缩状态下从NP层排出的水的示意图。未结合和结合的水分子分别以蓝色和红色显示。

　　图 5. 在中等约束力状态（P = 1.2 MPa），在润滑状态变化开始时（P = 2.4 MPa）和在强约束力状态（P = 5.0 MPa）下摩擦力的速度依赖性。虚线用于指导眼睛。实线是最佳的线性拟合，F s = A + B ln（Vll），表明类似Eyring的速率激活过程。

　　图 6.限定的PhG NPs膜的有效粘度的测定。 （a）使用表面正常振动进行粘度测量的图。（b）测得的粘度与封闭度的关系。

　　示意图 1. 在中度（顶部）和强度（底部）限制方案中图示PhG NP限制层。放大区域显示了两种状态下的聚合物和水分子。该示意图未显示PhG NPs的羟基与云母的硅烷醇基之间的相互作用。

　　参考文献 ： doi.org/10.1021/acsnano.1c01755

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