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北科大張達威、馬菱薇教授團隊 AFM：兼具損傷預警功能和增強耐老化耐蝕性能的防腐涂層構筑新策略及實時老化失效監測技術

2024-12-19 13:15:31 作者：高分子科技來源：高分子科技分享至：

有機防腐涂層通常面臨著機械損傷、老化降解和腐蝕失效等多種失效形式的復雜耦合作用。其中，機械作用造成的宏觀損傷會直接損害涂層的結構完整性；而老化作用則會導致聚合物鏈分解，形成各種微觀缺陷，加速腐蝕性介質的滲透，從而逐漸削弱并最終影響防腐效果。因此，開發涂層損傷預警功能和提升涂層耐久性對延長防腐涂層服役壽命具有重要意義。

近日，北京科技大學新材料技術研究院張達威和馬菱薇教授團隊針對上述問題，受見手青損傷變色現象的啟發，提出了一種具有顯色/熒光雙重預警功能，兼具耐老化和主動腐蝕防護性能的涂層體系構筑策略。涂層的多功能性來源于納米氧化鈰（CeO₂）顆粒與包覆結晶紫內酯（CVL）的微膠囊的雙填料組合體系。微膠囊包覆的CVL作為顏色及熒光指示劑：當涂層發生機械損傷時，微膠囊因機械外力而破裂，釋放的CVL在紫外光照射下表現出局部熒光增強，并且其內酯環在CeO₂顆粒表面羥基的作用下打開而呈現顯著藍色，實現顯色/熒光雙重機械損傷預警效果。另一方面，CeO₂顆粒的紫外吸收和緩蝕性能也有效地提升了涂層的耐老化和主動腐蝕防護性能。最后，采用電偶腐蝕傳感器技術和基于有機光伏器件的透光性測試技術分別監測了所設計涂層的腐蝕、老化失效過程，證實了涂層的主動腐蝕防護和耐老化性能。該研究所設計的填料體系適用于多種成品涂層，為應對防腐涂層的復雜失效形式、延長涂層服役壽命提供了新的解決思路。

2024年12月15日，相關成果以“Lurid Bolete-Inspired Damage Reporting Coating with Simultaneous Weathering and Corrosion Resistance: Construction Strategy and Real-Time Degradation Monitoring”為題發表在國際權威期刊《Advanced Functional Materials》上（Adv. Funct. Mater. 2024, 2414620）。論文第一作者為北京科技大學新材料技術研究院博士生王金科，通訊作者為北京科技大學新材料技術研究院張達威教授和馬菱薇教授，同時感謝華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室李寧教授的指導和幫助，以上工作得到了國家自然科學基金項目、國家重點研發計劃、科技基礎資源調查專項的支持。

圖1.見手青啟發的機械損傷預警防腐涂層：a）見手青的損傷預警特性；b）涂層的損傷預警、耐老化、主動腐蝕防護機制；c）基于電偶腐蝕傳感器的實時腐蝕監測和基于有機光伏器件的原位透光率監測示意圖

圖2 包覆CVL微膠囊及復合涂層的顯色/熒光損傷預警性能

圖3 基于有機光伏器件的透光性測試及復合涂層的耐老化性能

圖4 基于電偶腐蝕傳感器的實時腐蝕監測及復合涂層的主動腐蝕防護機理

該工作是團隊近期關于智能防腐涂層相關研究的最新進展之一。在過去三年中，團隊針對防腐涂層腐蝕失效問題發展了一系列腐蝕感應預警涂層（Chem. Eng. J. 2022, 433, 134515; Chem. Eng. J. 2023, 454, 140335; Corros. Sci. 2024, 232, 112038）和自修復涂層（Chem. Eng. J. 2024, 500, 156898; Corros. Sci. 2022, 208, 110663; Compos. Part B-Eng. 2022, 231, 109574）；針對涂層機械損傷制備了一系列機械損傷預警涂層（Prog. Org. Coat. 2024, 187, 108147; Prog. Org. Coat. 2024, 195, 108683）。為實現涂層服役老化過程的實時監測，團隊研究并測試了基于有機光伏器件的透光性監測手段的長期穩定性（J. Mater. Chem. A. 2024, 12, 14688）。

原文信息：Wang J, Liu S, Zhou Y, Yu S, Chen Z, Li Z, Chen W, Li N, Ma L*, Zhang D*. Lurid bolete-inspired damage reporting coating with simultaneous weathering and corrosion resistance: Construction strategy and real-time degradation monitoring. Adv. Funct. Mater. 2024, 2414620.

原文鏈接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202414620

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