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  在聚合物涂層維護過程中，定期檢測機械損傷不僅對確保其安全性和可靠性至關(guān)重要，同時有助于預(yù)防底層基材發(fā)生災(zāi)難性故障。然而，由于納米/微米尺度的損傷難以用肉眼或常規(guī)工具檢測，維護工作極具挑戰(zhàn)性。

  解決該問題的一種方法是利用機械誘導(dǎo)的顏色指示變化來提高微裂紋的可見性。具體來說，通過將機械響應(yīng)分子共價或非共價改性地?fù)饺刖酆衔锿繉又�，使其在宏觀變形時顏色產(chǎn)生變化，從而實現(xiàn)自主損傷檢測。另一種方法是將指示劑封裝在微膠囊內(nèi)，提供同涂層基質(zhì)的物理隔離和在特定刺激下釋放指示劑的能力。近年來，聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料（AIEgens）作為一種前景廣闊的指示劑，因其在涂層裂紋檢測中的靈活性和便利性而備受關(guān)注。具體來說，含有AIEgens分子的微膠囊在微裂紋破裂時會被釋放和激活，導(dǎo)致局部區(qū)域顏色出現(xiàn)明顯變化，從而指示損傷位置。然而，加入基于AIEgens分子的微膠囊不僅會損害涂層的機械性能和保護性能，增加制備成本，同時要求更為復(fù)雜的制備程序。

  中山大學(xué)顧林課題組提出了一種簡單有效的策略，在無需外加AIEgens分子的情況下，使用商業(yè)化聚酰胺固化劑的簇發(fā)光性質(zhì)實現(xiàn)對環(huán)氧涂層的自主損傷檢測。商業(yè)化聚酰胺固化劑表現(xiàn)出簇聚誘導(dǎo)發(fā)射特征。通過使用聚酰胺固化劑固化環(huán)氧涂層，可以實現(xiàn)涂層的本征發(fā)光。這種基于熒光的環(huán)氧涂層將觀察到的裂紋周圍熒光強度與損傷深度相關(guān)聯(lián)，可以實現(xiàn)損傷深度的檢測和評估。此外，當(dāng)腐蝕性介質(zhì)穿透損傷區(qū)域并到達(dá)鋼基材時，鐵離子對聚酰胺的熒光猝滅效應(yīng)還能為環(huán)氧涂層提供腐蝕預(yù)警功能。相關(guān)研究成果以“Autonomous Damage Detection of Epoxy Coatings Enabled by Clusteroluminescence of Commercial Polyamide 650 Curing Agent without External AIEgens”為題發(fā)表于《Chemical Engineering Journal》上。

【研究亮點】

  1)對聚酰胺固化劑的簇發(fā)光性質(zhì)進行了系統(tǒng)研究。

  2)通過使用聚酰胺固化劑固化環(huán)氧涂層，實現(xiàn)了環(huán)氧涂層的本征發(fā)光。

  3)在無需外加AIEgens分子的情況下，該熒光環(huán)氧涂層即可應(yīng)用于損傷深度的檢測和評估。

  4)通過Fe³⁺對聚酰胺固化劑的熒光猝滅效應(yīng)可以為環(huán)氧涂層提供腐蝕預(yù)警功能。

圖1.（a）365 nm紫外光下聚酰胺650/乙醇溶液的照片（從左到右分別是乙醇溶劑，0.01、0.1、0.25、0.5、1、2 wt% 聚酰胺650/乙醇溶液），φ為絕對量子產(chǎn)率。（b）不同濃度的聚酰胺650/乙醇溶液的熒光光譜（λ_ex = 380 nm）。（c）不同濃度聚酰胺650/乙醇溶液的光致發(fā)光（PL）強度變化趨勢。（d）2 wt% 聚酰胺650/乙醇溶液在不同激發(fā)波長下的熒光光譜。（e）2 wt% 聚酰胺650/乙醇溶液的熒光衰減曲線。

圖2.（a）0.1 wt% 聚酰胺650/混合溶劑在365 nm紫外光下的照片（從左到右是乙醇和水的混合溶劑）。（b）0.1 wt% 聚酰胺650在乙醇和水混合溶劑中的熒光光譜。（c）1 wt% 聚酰胺650/乙醇溶液在不同pH值下的熒光光譜。（d）聚酰胺650在不同溶劑中的熒光光譜。（e）聚酰胺650在不同溫度下的熒光光譜。

圖3.（a）聚酰胺650中可能的分子內(nèi)和分子間相互作用。（b）聚酰胺650不同聚集態(tài)對應(yīng)的能級圖。

圖4.（a）日光（左）和365 nm紫外光（右）下環(huán)氧樹脂涂層的照片，數(shù)字為絕對量子產(chǎn)率。（b）不同紫外激發(fā)波長下環(huán)氧涂層的熒光光譜。（c）不同激發(fā)波長下環(huán)氧涂層最強熒光發(fā)射波長的變化趨勢。（d）環(huán)氧樹脂涂層的熒光衰減曲線。

圖5. 鐵離子對聚酰胺650的熒光淬滅效應(yīng)。（a）1 wt% 聚酰胺650/乙醇溶液與不同金屬離子（1×10^?2 mol/L）的熒光光譜。（b）1 wt% 聚酰胺650/乙醇溶液與不同金屬離子（1×10^?2 mol/L）的光致發(fā)光強度和最強熒光變化（F/F₀）。（c）1 wt% 聚酰胺650/乙醇溶液與不同濃度Fe³⁺的熒光光譜。（d）1 wt% PA650/含有不同濃度Fe³⁺的乙醇溶液在440 nm處的光致發(fā)光強度變化趨勢。

圖6. 環(huán)氧涂層的損傷深度檢測及腐蝕預(yù)警。（a）紫外光下環(huán)氧涂層損傷深度的照片。（b）環(huán)氧涂層的損傷深度和平均熒光強度。（c）浸入3.5 wt% NaCl溶液中的環(huán)氧涂層在日光和365 nm紫外光下劃痕的照片。

  原文鏈接：

  Mindi Xiao, Yumin Zhang, Xinzhe Xiao, Lin Gu, Autonomous damage detection of epoxy coatings enabled by clusteroluminescence of commercial polyamide 650 curing agent without external AIEgens, Chemical Engineering Journal, 2024.

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155670