一种具有自润滑层的减阻结构、人工关节及制备方法

技术特征：
1.一种具有自润滑层的减阻结构，包括基底，其特征在于：所述基底上表面设置有微纳粗糙结构，且在设置有微纳粗糙结构的基底上表面刻蚀有沟槽结构；所述基底上表面及沟槽结构表面设置有一体的高分子材料层，基底上表面的高分子材料层延伸至微纳粗糙结构内部；所述高分子材料层包括第一润滑液和高分子材料，高分子材料层分子间隙内储存有第二润滑液，第二润滑液不断渗出在高分子材料层表面形成自润滑层。2.根据权利要求1所述的一种具有自润滑层的减阻结构，其特征在于：所述高分子材料层为聚二甲基硅氧烷凝胶；所述第一润滑液为粘度范围在100-500cps的第一硅油；所述聚二甲基硅氧烷凝胶由第一硅油和聚二甲基硅氧烷混合固化而成，第一硅油与聚二甲基硅氧烷的体积配比为(0.5-1.5)：1；所述第二润滑液为粘度范围在5-100cps的第二硅油，且第二硅油的粘度小于第一硅油的粘度。3.根据权利要求1或2所述的一种具有自润滑层的减阻结构，其特征在于：所述沟槽结构为多个并排设置的宽度和深度为亚毫米级别的沟槽，或者多个宽度和深度为亚毫米级别的菱形分布且相互连通的沟槽；所述基底为金属基底。4.一种具有自润滑层的减阻结构制备方法，用于制备权利要求1-3任一所述的一种具有自润滑层的减阻结构，其特征在于，包括以下步骤：1】在基底上表面制备微纳粗糙结构和沟槽结构；2】将第一润滑液与高分子材料混合，并搅拌均匀，获得液态的高分子材料；3】在制备好微纳粗糙结构和沟槽结构的基底表面涂覆液态的高分子材料，使液态的高分子材料均匀粘附在基底表面、微纳粗糙结构内以及沟槽结构表面；4】待液态的高分子材料固化，在基底表面形成高分子材料层；5】将表面形成高分子材料层的基底置入第二润滑液中浸泡，使第二润滑液吸附在高分子材料层的分子间隙内；6】取出后第二润滑液从高分子材料层的分子间隙中渗出，在高分子材料层表面形成自润滑层，得到具有自润滑层的减阻结构。5.根据权利要求4所述的一种具有自润滑层的减阻结构制备方法，其特征在于：步骤1】中，在基底上表面制备微纳粗糙结构和沟槽结构具体为：1.1】使用能量为100-3000μj的激光在金属材质的基底表面烧蚀，形成微纳多孔结构；1.2】使用能量为8000-15000μj的激光在金属材质的基底表面刻蚀多个并排设置的宽度和深度为亚毫米级别的沟槽，形成仿水稻叶的沟槽结构；或者，使用能量为8000-15000μj的激光在金属材质的基底表面刻蚀多个宽度和深度为亚毫米级别的菱形分布且相互连通的沟槽，形成仿鲨鱼皮的沟槽结构。6.根据权利要求5所述的一种具有自润滑层的减阻结构制备方法，其特征在于：所述高分子材料层为聚二甲基硅氧烷凝胶；步骤2】具体为：
将粘度范围为100-500cps的第一硅油与聚二甲基硅氧烷按(0.1-1.5)：1体积比例混合，搅拌均匀后获得聚二甲基硅氧烷混合溶液；步骤5】具体为：将表面形成聚二甲基硅氧烷凝胶的基底置入粘度范围为5-100cps的第二硅油中浸泡，使第二硅油吸附在聚二甲基硅氧烷凝胶的分子间隙内；所述第二硅油的粘度小于第一硅油的粘度；步骤6】具体为：取出后擦干，第二硅油从聚二甲基硅氧烷凝胶分子间隙中渗出，在聚二甲基硅氧烷凝胶表面形成自润滑层，得到具有自润滑层的减阻结构。7.根据权利要求6所述的一种具有自润滑层的减阻结构制备方法，其特征在于：步骤2】中，将粘度范围为100-500cps的第一硅油与聚二甲基硅氧烷按(0.1-1.5)：1体积比例混合具体为：所述第一硅油粘度为100-200cps时，第一硅油与聚二甲基硅氧烷的混合体积比例设置为(1.2-1.5):1；所述第一硅油粘度为200-400cps时，第一硅油与聚二甲基硅氧烷的混合体积比例设置为(0.5-1.2):1；所述第一硅油粘度为400-500cps时，第一硅油与聚二甲基硅氧烷的混合体积比例设置为(0.1-0.5):1。8.一种具有自润滑层的人工关节，包括相配合的第一人工假体(1)和第二人工假体(2)，其特征在于：所述第一人工假体(1)的配合面和/或第二人工假体(2)的配合面设置有高分子材料层(3)；所述高分子材料层(3)包括第一润滑液和高分子材料，高分子材料层(3)分子间隙内储存有第二润滑液，第二润滑液渗出在高分子材料层(3)表面形成自润滑层(4)。9.根据权利要求7所述的一种具有自润滑层的人工关节，其特征在于：所述高分子材料层(3)中掺杂有抗感染药物。10.根据权利要求8所述的一种具有自润滑层的人工关节，其特征在于：还包括设置在第一人工假体(1)和第二人工假体(2)之间，并与第一人工假体(1)和第二人工假体(2)相配合的垫板；所述第一人工假体(1)和/或第二人工假体(2)与垫板的配合面设置有高分子材料层(3)，高分子材料层(3)表面形成自润滑层(4)。11.根据权利要求8-10任一所述的一种具有自润滑层的人工关节，其特征在于：所述高分子材料层(3)为聚二甲基硅氧烷凝胶；所述第一润滑液为粘度范围在100-500cps的第一硅油；所述聚二甲基硅氧烷凝胶由第一硅油和聚二甲基硅氧烷混合固化而成，第一硅油与聚二甲基硅氧烷的体积配比为(0.5-1.5)：1；所述第二润滑液为粘度范围在5-100cps的第二硅油，且第二硅油的粘度小于第一硅油的粘度。12.一种具有自润滑层的人工关节制备方法，用于制备权利要求8-11任一所述的一种
具有自润滑层的人工关节，其特征在于：1】将第一润滑液与高分子材料混合，获得液态的高分子材料；2】在第一人工假体(1)和/或第二人工假体(2)的接触面涂覆液态的高分子材料；3】待液态的高分子材料固化，在第一人工假体(1)和/或第二人工假体(2)表面形成高分子材料层(3)；4】将表面形成高分子材料层(3)的第一人工假体(1)和/或第二人工假体(2)置入第二润滑液中浸泡，使第二润滑液吸附在高分子材料层(3)的分子间隙内；5】取出后第二润滑液从高分子材料层(3)的分子间隙中渗出，在高分子材料层(3)表面形成自润滑层(4)，得到具有自润滑层的人工关节。13.根据权利要求12所述的一种具有自润滑层的人工关节制备方法，其特征在于：所述高分子材料层(3)为聚二甲基硅氧烷凝胶；步骤1】具体为：将粘度范围为100-500cps的第一硅油与聚二甲基硅氧烷按(0.1-1.5)：1体积比例混合，搅拌均匀后获得聚二甲基硅氧烷混合溶液；步骤4】具体为：将制备好表面附着有聚二甲基硅氧烷凝胶的人工关节置入粘度范围为5-100cps的第二硅油中浸泡，使第二硅油吸附在聚二甲基硅氧烷凝胶的分子间隙内；所述第二硅油的粘度小于第一硅油的粘度；步骤5】具体为：取出后擦干，第二硅油从聚二甲基硅氧烷凝胶分子间隙中渗出，在聚二甲基硅氧烷凝胶表面形成自润滑层(4)，得到具有自润滑层的人工关节。

技术总结
本发明提供了一种具有自润滑层的减阻结构、人工关节及制备方法，用以解决现有高聚物减阻材料在航行器领域存在的难以长时间使用、减阻性能易破坏以及现有人工关节中存在的刚性接触摩擦力大、磨损及感染的技术问题。本发明的减阻结构包括基底，基底上表面设置有微纳粗糙结构和沟槽结构；基底上表面及沟槽结构表面设置有一体的高分子材料层，且其延伸至微纳粗糙结构内；高分子材料层包括第一润滑液和高分子材料，第二润滑液从高分子材料层分子间隙渗出并在其表面形成自润滑层。本发明提供人工关节包括相配合的第一人工假体和第二人工假体；第一人工假体和/或第二人工假体的配合面设置有高分子材料层，并在高分子材料层表面形成自润滑层。成自润滑层。成自润滑层。


技术研发人员：陈烽 缑晓丹 杨青
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2022.09.30
技术公布日：2023/1/13