腐蚀是工业界面临的主要挑战,特别是在航空航天领域,材料长期暴露在恶劣环境中。基于铬酸盐的处理方法一直很有效,但如今环保法规限制了其使用,促使人们寻求可持续、高效的防腐保护系统。仅靠屏障涂层通常是不够的,因为缺陷会使水和侵蚀性离子到达金属与涂层界面,从而导致快速腐蚀。智能自修复涂层提供了一种更有效的解决方案,但许多涂层依赖物理裂纹闭合或基于释放的修复机制,这可以减缓离子渗透,但无法阻止界面电化学反应。因此,一种有效的修复系统必须同时闭合缺陷和恢复传输阻力,并稳定界面钝态以抑制腐蚀。
通过不同的设计策略,已开发出自修复防腐涂层,包括外在修复、内在修复、刺激响应修复和多功能协同修复。每种策略都能在一定程度上提高涂层的可靠性,但单一的修复机制往往无法同时恢复受损的传输屏障和抑制界面电化学反应。物理缺陷闭合可以减少电解质渗透,而电活性/钝化成分与界面腐蚀调节更为相关。导电聚合物,尤其是聚苯胺(PANI),在界面保护方面具有显著效果,因为它们作为金属/涂层界面的氧化还原介质促进钝化。PANI可使界面向钝态转变,并促进保护性氧化铝/氢氧化物的形成。此外,PANI的可逆氧化还原反应为在长期暴露条件下保持钝态提供了一条动态路径。与此同时,聚多巴胺(PDA)等光热填料在近红外(NIR)照射将光能转化为热能,提供互补的修复功能。PDA的宽光学吸收和高效的光热转换增强了聚合物链的流动性,促进了裂纹闭合。PDA改性填料还能提高填料与聚合物基质之间的相容性,从而提升材料的机械强度、热稳定性和耐腐蚀性。然而,目前大多数报道的体系主要依赖于热致裂纹闭合或可逆键合机制,很少将电化学活性修复功能与光热功能集成到单一、结构统一的填料中。
近期,华南理工大学韩恩厚院士团队、广东腐蚀科学与技术创新研究院刘福春研究员团队采用双修复策略,成功开发了一种智能自修复防腐涂层。
首先通过逐步封装构建PDA改性GO–PANI的杂化填料(GO-PANI@PDA),随后将其加入到正丁醇、二甲苯、PDMS的混合溶剂中,然后通过涂布机涂覆在基材上,固化后获得PDMS–GO–PANI@PDA涂层。 所制得的涂层在808nm近红外光照射下表现出强烈的光热加热效应,温度最高可达171°C,并实现了划痕和微裂纹的按需修复。与纯PDMS相比,该涂层的韧性提高了49%,抗拉强度达到3.54MPa。在3.5wt% NaCl溶液中浸泡4周后,该涂层的低频阻抗模量(|Z|0.01Hz)比纯PDMS高出两个数量级,icorr降低了75.4%,最大保护效率为85.42%,表现出优异的耐久性。浸泡4周后,该涂层仍保持1.30×109Ω·cm2的高孔隙电阻。 本研究的涂层响应从以屏障为主导的保护模式转变为耦合的屏障/界面调控过程,有助于提高自修复辅助的防腐性能。 示意图 (a)GO-PANI@PDA的合成过程示意图;(b)复合涂层的制备工艺流程。 机制示意图 PDMS-GO-PANI@PDA复合涂层的腐蚀防护和光热自修复机制。 数据来源与出处 相关研究成果以“Synergistic photothermal polydopamine/polyaniline/graphene oxide hybrids for smart self-healing anticorrosion coatings”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。
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