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PDMS表面织构润滑特性的研究
摘要：
本研究旨在探究PDMS表面织构对润滑特性的影响。实验采用了不同形状和大小的微凸起构造，通过摩擦测试、流变学测试和光学显微镜观察来分析不同形状和大小的织构对润滑性能的影响。结果表明，合理的织构能够大幅度的改进PDMS的润滑特性。此外，纳米级别的织构能够提高润滑剂的负载量以及织构的可控性。
引言：
PDMS因其优异的物理性能和化学稳定性被广泛应用于医疗、生物、制造和能源等领域。但是，在一些特殊场合下，它的润滑特性不够理想，如在医疗领域中，PDMS与生物组织接触表面的摩擦系数较大，会导致组织损伤和炎症。因此，研究轻便易用的方法，改善PDMS的摩擦和润滑性能至关重要。
织构化表面被认为是一种富有前途的PDMS表面改性方法。通过在PDMS表面构造细小的凸起，可以大幅度提高PDMS的表面粗糙度和表面接触面积，进而提高摩擦和润滑性能。因此，本研究通过摩擦测试、流变学测试和光学显微镜观察来探究不同形状和大小的织构对PDMS的润滑特性的影响。
实验方法：
实验室制备的PDMS塑料板被用作基质，通过光刻和浸蚀等方法模拟不同形状和大小的微凸起构造，如图1所示。实验采用了5种不同形状和尺寸的织构组合：球形、柱形、锥形、多孔形和不规则形。
摩擦测试是通过利用Xyztec5轴力值计进行的，测试装置采用球形钢头和PDMS表面的接触区域作为试验样品，测试速度设置为5mm/s，压力为1N。测试过程中，摩擦系数和滑动距离都被记录了下来。
流变学测试采用了旋转流变仪，研究了经过不同处理的PDMS润滑剂的粘度、弹性模量、黏弹性和剪切模量等性质。
光学显微镜观察则用于分析织构构造在PDMS表面的形态和特征。
结果与讨论：
首先，通过比较不同织构形状和大小组合的摩擦系数，可以看出球形织构比柱形、锥形和多孔形织构更适用于PDMS表面的润滑改良。这是因为，表面强制构建了高纵向曲率，球形上载的压力更易分散，因而更适用于减少摩擦系数。其次，通过对织构大小的研究，发现，对于平面上的小面积，越小的织构会对摩擦系数的降低产生更显著的影响。这是因为，小面积的织构结构会更有效地改变表面的形状，有效地减少表面和摩擦区域之间的接触面积，进而降低了摩擦力。
此外，在流变学测试中，磨损表面配有锥形和球形织构的润滑剂，相比于平整表面的润滑剂，具有更低的粘度，显示出更好的流动性。与非织构化PDMS材料相比，球形和锥形织构的PDMS材料具有更高的弹性套数和流变模量，因此具有更好的耐磨性和耐久性。
最后，PDMS表面构造的纳米织构被用于润滑剂中，可以看出装载能力更强，同时也具有更显著的优越润滑性能。由此可见，纳米级别的织构有望成为未来PDMS表面润滑改性的重点方向之一。
结论：
通过本次实验研究，可以发现，合理的PDMS表面织构是改善PDMS的摩擦和润滑性能的有效方法之一。特别是纳米级织构，不仅能够增加润滑剂的负载量，还能够更好地控制织构的形状和大小。然而，本研究仍需进一步研究和探索，以提高PDMS表面织构改性的可靠性和适用性，并使其更加适用于实际应用。