近日，海洋研究所張斌斌副研究員（第十一批會員）在無氟環(huán)保型超疏水涂層設(shè)計構(gòu)建及其在海洋腐蝕防護領(lǐng)域的研究取得新進展。研究人員設(shè)計構(gòu)建了一種具有良好機械穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和界面結(jié)合力的環(huán)保無氟型超疏水涂層，并首次提出在高鹽高濕海洋大氣環(huán)境中超疏水表面存在一種潛在的鹽粒潮解自融合防護機制。 基于獨特的界面不潤濕性和斥液性，仿生超疏水材料在表面自清潔、油水分離、防冰防霜、輻射制冷、液滴操控、防腐防污等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大應(yīng)用潛力。在海洋環(huán)境中服役的各類工程設(shè)施與裝備的結(jié)構(gòu)支撐材料主要由金屬及合金構(gòu)成，由于海洋腐蝕環(huán)境的嚴(yán)峻性，金屬及合金材料不可避免的遭受腐蝕失效，進而造成設(shè)施裝備性能衰減、巨大經(jīng)濟損失、生態(tài)環(huán)境破壞、甚至突發(fā)性安全事故。超疏水材料結(jié)構(gòu)間隙截留的空氣層能夠使其在多相界面具有很低的液固接觸面積，進而提高表面電荷轉(zhuǎn)移電阻并抑制腐蝕電解質(zhì)向內(nèi)部滲透擴散，為金屬及合金材料的海洋腐蝕問題提供了一種解決途徑。但目前超疏水防護材料面臨微納多尺度結(jié)構(gòu)脆弱、含氟試劑使用、復(fù)雜的制備過程、機械穩(wěn)定性欠佳等問題亟待解決，其在不同區(qū)帶海洋腐蝕防護領(lǐng)域的界面相互作用機理亟需深入認知。 
研究人員通過選取氧化鋅納米顆粒（ZnO NPs）、硬脂酸（STA）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）作為原材料，基于簡便高效的表面噴涂技術(shù)在金屬基體設(shè)計制備了一種ZnO@STA@PDMS無氟超疏水防護涂層，電化學(xué)阻抗譜與動電位極化測試結(jié)果顯示該涂層的腐蝕電位正移，腐蝕電流顯著降低。此外，通過模擬和觀察高濕度（82±3% RH）海洋大氣環(huán)境下氯化鈉單鹽粒和多鹽粒潮解行為，發(fā)現(xiàn)了在鹽粒潮解區(qū)邊界處腐蝕明顯快于中心區(qū)，這主要是由于邊界處優(yōu)先潮解且氧含量豐富，進而加速了氯離子的局部腐蝕行為，同時研究人員首次提出了超疏水表面在高鹽高濕海洋大氣環(huán)境下存在一種潛在的鹽粒潮解自融合防護機制，多相界面極低的表面能和黏附力及其對潮解后氯化鈉液滴的排斥性為該類材料在海洋大氣腐蝕防護中的應(yīng)用提供了界面優(yōu)勢。此外，該涂層所展現(xiàn)的良好機械穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、綠色環(huán)保、成本低廉、基材適用范圍廣等特性使其在海洋環(huán)境和工業(yè)環(huán)境下材料表面的腐蝕失效抑制提供了潛在解決方案。 相關(guān)研究成果以“Robust, scalable and fluorine-free superhydrophobic anti-corrosion coating with shielding functions in marine submerged and atmospheric zones”為題發(fā)表在《Materials & Design》雜志。海洋研究所張斌斌副研究員為該論文第一作者和通訊作者。該研究工作得到了中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會、山東省優(yōu)秀青年科學(xué)基金和山東省聯(lián)合基金重點項目的資助。 文章鏈接
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