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  金屬是應(yīng)用最為廣泛且腐蝕問(wèn)題較為突出的工程材料，表面具有親水、氧化膜疏松、電化學(xué)不穩(wěn)定等特點(diǎn)，在海洋環(huán)境條件下極易發(fā)生腐蝕和海洋生物附著，嚴(yán)重影響設(shè)備/設(shè)施的使用壽命、工作效率和運(yùn)行安全。涂層防護(hù)法是提升金屬使用壽命最重要、最經(jīng)濟(jì)、最高效的方法，能阻止水分、氧氣和腐蝕介質(zhì)直接接觸碳鋼表面，同時(shí)形成絕緣層，防止離子電流的流動(dòng)，從而降低腐蝕速率。有機(jī)或其復(fù)合涂層防護(hù)效果好、生產(chǎn)和操作簡(jiǎn)便、成本低，是防腐涂層目前最常用的方法，如環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯、酚醛樹(shù)脂等。然而，受樹(shù)脂材料的親水、擴(kuò)散、粘附特性和涂覆工藝的影響，該類(lèi)涂層普遍存在腐蝕介質(zhì)易吸附、有針孔微裂紋、附著力不足、多道厚膜涂覆等問(wèn)題。

  自1997年“荷葉效應(yīng)”被發(fā)現(xiàn)及其“二元協(xié)同”自潔機(jī)制隨后被揭示以來(lái)，能防止水滴粘附和水分滲透的超疏水材料一直是相關(guān)領(lǐng)域研究的前沿和熱點(diǎn)之一，也為提升有機(jī)涂層防腐防污性能和使用壽命提出了新的研究思路。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)并制備的超疏水材料研究顯示，斥液、耐蝕、防污等功能性和強(qiáng)度、韌性、界面附著力等力學(xué)性能似乎相互排斥。一方面，提升功能性需要降低表面固液接觸面積，常通過(guò)構(gòu)建精細(xì)微納粗糙結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但受應(yīng)力集中影響這些結(jié)構(gòu)極易損傷斷裂。另一方面，從化學(xué)角度來(lái)看，降低表面能有利于提升超疏水態(tài)熱力學(xué)穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，但卻也降低了材料自身及其與基底的化學(xué)鍵合強(qiáng)度。此外，為提升長(zhǎng)期使用時(shí)機(jī)械外力和環(huán)境因素作用造成的表層失效，需要整體超疏水的微結(jié)構(gòu)自相似體相材料，但往往疏松多孔強(qiáng)度低。

圖1 界面強(qiáng)化涂層設(shè)計(jì)策略及微觀結(jié)構(gòu)

圖2 界面強(qiáng)化涂層的機(jī)械與液態(tài)介質(zhì)耐蝕穩(wěn)定性

圖3 界面強(qiáng)化涂層微觀結(jié)構(gòu)、氣態(tài)介質(zhì)耐蝕性和生物防污性

  如圖3所示，得益于超疏水IS-Cells與樹(shù)脂的良好相容性，使得界面強(qiáng)化涂層表面光滑且縱向致密。在氣體腐蝕介質(zhì)環(huán)境下，帶有人造缺陷(2 × 100mm) 的薄涂層(約85μm)在歷經(jīng)2400小時(shí)的中性鹽霧試驗(yàn)中，腐蝕介質(zhì)始終難以通過(guò)損傷區(qū)域滲透。且IS-Cells表面接枝的含氟長(zhǎng)鏈在天然淺海環(huán)境（青島， 120°E, 36°N）中可以在90天內(nèi)抑制海洋生物附著。額外的防污能力擴(kuò)大了超疏水顆粒在海洋防腐中的應(yīng)用。

  該項(xiàng)工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委（52071076）的資助，相關(guān)成果以“Enhancing resistance to corrosion and fouling using epoxy coatings with superhydrophobic cells” 為題，近期發(fā)表在材料科學(xué)頂級(jí)期刊《Adv. Funct. Mater. 》。

  原文鏈接：

  Yage Xia, Wancheng Gu, Qiang Zhang, etc. Enhancing Resistance to Corrosion and Fouling Using Epoxy Coatings with Superhydrophobic Cells. Adv. Funct. Mater. 2024, 2412379

  DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202412379

  下載：Enhancing Resistance to Corrosion and Fouling Using Epoxy Coatings with Superhydrophobic Cells