近日，中科院海洋研究所所侯保榮-段繼周研究員課題組在無(wú)氟環(huán)保型超疏水涂層設(shè)計(jì)構(gòu)建及其在海洋腐蝕防護(hù)領(lǐng)域的研究取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)雜志《材料與設(shè)計(jì)》上。

基于獨(dú)特的界面不潤(rùn)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(lèi)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(jìn)而造成設(shè)施裝備性能衰減、巨大經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(kuò)散，為金屬及合金材料的海洋腐蝕問(wèn)題提供了一種解決途徑。但目前，超疏水防護(hù)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(guò)程、機(jī)械穩(wěn)定性欠佳等問(wèn)題亟待解決，其在不同區(qū)帶海洋腐蝕防護(hù)領(lǐng)域的界面相互作用機(jī)理亟需深入認(rèn)知。

研究人員通過(guò)選取氧化鋅納米顆粒、硬脂酸和聚二甲基硅氧烷作為原材料，基于簡(jiǎn)便高效的表面噴涂技術(shù)在金屬基體設(shè)計(jì)制備了一種具有良好機(jī)械穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和界面結(jié)合力的ZnO@STA@PDMS無(wú)氟超疏水防護(hù)涂層，電化學(xué)阻抗譜與動(dòng)電位極化測(cè)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(guò)模擬和觀察高濕度海洋大氣環(huán)境下氯化鈉單鹽粒和多鹽粒潮解行為，研究人員發(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(jìn)而加速了氯離子的局部腐蝕行為。同時(shí)，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(hù)機(jī)制，多相界面極低的表面能和黏附力及其對(duì)潮解后氯化鈉液滴的排斥性為該類(lèi)材料在海洋大氣腐蝕防護(hù)中的應(yīng)用提供了界面優(yōu)勢(shì)。

此外，該涂層所展現(xiàn)的良好機(jī)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。

中科院海洋所副研究員張斌斌為論文第一作者和通訊作者。該研究工作得到了中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、山東省優(yōu)秀青年科學(xué)基金和山東省聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。（中國(guó)科學(xué)報(bào)）