研究背景

现有树脂如环氧树脂或酚醛树脂虽常用于摩擦保护，但在高温环境中热稳定性不足，易引发能量损失和设备故障。聚酰亚胺作为一种高性能树脂材料，热稳定性好，在航空航天、微电子及高端装备领域得到广泛应用。然而，在高摩擦工况下，纯PI涂层面临耐磨性差、承载能力低、以及寿命短等局限。同时，二维材料Ti₃C₂Tₓ MXene虽具潜力，其在PI中的分散状态、界面作用机制与热/机械参数的协同效应缺乏系统研究。

创新点

通过机械共混法制备Ti₃C₂Tₓ MXene增强PI复合涂层，优化界面键合以突破性能瓶颈。利用MXene表面官能团与PI前驱体的酰亚胺基形成强化学键，分子动力学模拟证实其结合能达-20.4 kcal/mol，确保均匀分散与界面强化，涂层硬度、拉伸强度以及热稳定性显著提升，并建立了磨损率与热/机械参数的定量关联。

图文速览

图1 (a)PAA与纯PI涂层的制备流程；(b) Ti₃C₂T_x MXene纳米片的制备流程

图2 (a)纯PI涂层的FTIR光谱与(b)XRD谱图；(c)纯PI涂层的XPS全谱及(d)C 1s、(e)N 1s、(f)O 1s元素的高分辨谱

图3 (a)Ti₃C₂T_x MXene纳米片的SEM图像；(b,c)对应(a)图的EDS元素面分布结果；(d) Ti₃C₂T_x的FTIR光谱；(e)XRD谱图；(f)XPS全谱；(g)C 1s、(h)O 1s、(i)Ti 2p轨道的XPS精细结构谱

图4 (a)PAA、Ti₃C₂T_x MXene及TiO₂的优化初始构型；(b)PAA/ Ti₃C₂T_x与PAA/ TiO₂复合体系在0 ps、100 ps、500 ps及1000 ps时刻的计算模型；(c)界面相互作用能计算结果

图5 (a)纯PI、(b) Ti₃C₂T_x MXene-PI及(c) TiO₂-PI的接触角及其对应三维形貌；(d)纯PI、Ti₃C₂T_x MXene-PI与TiO₂-PI涂层的截面形貌

图6. (a)纯PI、Ti₃C₂Tₓ MXene-PI与TiO₂-PI涂层的TGA曲线；(b)DSC曲线

图7 (a)纯PI、Ti₃C₂Tx MXene-PI及TiO₂-PI涂层的硬度值；(b)其弹性模量值；(c)硬度模量比值；(d)其拉伸强度曲线

图8 (a-b)纯PI、Ti3C_2Tx MXene-PI与TiO2-PI涂层的三维形貌；(c-d)其二维截面轮廓；(e-f)对应的摩擦系数(COF)变化曲线；(g)各涂层的磨损率值

图10 (a,f)纯PI、(b,e) Ti₃C₂Tx MXene-PI及(c-d) TiO₂-PI涂层在5N与10N载荷下的磨损痕迹SEM图像及对应能谱分析(EDS)结果

图11 Ti₃C₂Tₓ MXene-PI复合涂层摩擦学作用机制示意图