中科院海洋所张斌斌《JMST》：有机-无机复合超双疏涂层用于自清洁、长效防腐和延迟结冰

受自然界生物体表面特殊浸润性现象启示的超疏水功能材料正受到越来越多研究人员的关注。超疏水表面优异的界面不润湿特性使其在自清洁、海洋防腐、低温防覆冰、油水分离、液体输运、能量收集等领域具有良好应用前景。前期研究基础（J. Mater. Sci. Technol. 2021, 71, 1-11; Mater. Des. 2022, 223, 111246）已证实表面超疏水化是减缓金属与合金材料腐蚀失效的重要途径。然而，目前超疏水防腐材料仍面临诸多挑战亟待解决，例如机械稳定性不足、低表面张力液体粘附、空气层耐压性欠佳等。

近日，中国科学院海洋研究所海洋环境腐蚀与控制技术研究团队张斌斌等重点针对低表面张力液体表面润湿粘附和“扎钉”现象导致的空气层屏蔽功能失效问题，采用有机-无机复合杂化和表面喷涂技术设计制造了一种兼具超疏水和超疏油特性的POS@Al₂O₃@Epoxy有机-无机复合杂化超双疏自清洁防腐防冰涂层。相关成果以题为“Hybrid superamphiphobic anti-corrosion coating with integrated functionalities of liquid repellency, self-cleaning, and anti-icing”发表在国际学术期刊《Journal of Materials Science & Technology》。

研究结果发现所制备的超双疏自清洁涂层对不同表面张力的液体均展现出优异的斥液性和液体无损传输功能。电化学测试结果显示涂层表面电荷转移电阻较空白碳钢基体提升8个数量级、腐蚀电位正移590mV、腐蚀电流下降4个数量级。同时，涂层在经受480h盐雾加速腐蚀和2400h户外大气腐蚀暴露测试后仍维持性能稳定。-10℃和-15℃低温环境下的结冰测试也进一步揭示了涂层具有显著的延迟结冰和降低界面冰粘附力特性。以上研究结果充分证实了该涂层具备优异的防腐防冰功能、规模化制备和推广应用潜力，为海洋防腐防污先进材料与技术的开发奠定重要基础。论文第一作者和通讯作者为中国科学院海洋研究所特聘研究员张斌斌。研究工作得到了山东省优秀青年科学基金（ZR2022YQ35）、中国科学院青年创新促进会（2021207）和山东省联合基金重点项目（ZR2021LFG004）的资助，谨此感谢。

图1. 超双疏涂层的电化学阻抗谱和动电位极化曲线。

图2. 涂层的耐盐雾加速腐蚀评价

图3. 涂层的户外大气腐蚀环境暴露评价

图4. 超双疏涂层低温环境下延迟结冰特性

图5. 基于表面喷涂技术制备该涂层的基材适用性

通讯作者简介：

张斌斌，男，理学博士，中国科学院海洋研究所特聘研究员，中国科学院青年创新促进会会员，山东省优秀青年科学基金获得者。主要从事仿生超疏液海洋防腐防污材料、材料海洋环境使役行为与机制、先进功能复合涂层与防护技术等方面的研究工作。截至目前，主持国家和省部级科研项目8项，其中省部级人才项目2项。以第一作者和通讯作者在Chem. Eng. J.、J. Mater. Sci. Technol.、J. Colloid Interf. Sci.、Corros. Sci.、Mater. Des.、Langmuir等国际期刊发表SCI论文60余篇，被引2000余次，入选全球前2%科学家榜单。受聘担任《Biomimetics》、《Coatings》、《International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials》、《Journal of Bionic Engineering》、《Journal of Central South University》、《金属学报》、《工程科学学报》、《中国腐蚀与防护学报》等期刊编委和青年编委。

论文信息：Binbin Zhang*, Guang Yang, Weichen Xu, Jizhou Duan, Baorong Hou, Hybrid superamphiphobic anti-corrosion coating with integrated functionalities of liquid repellency, self-cleaning, and anti-icing, Journal of Materials Science & Technology, 2024, 184, 256-268.

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1005030223009702