【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國(guó)科學(xué)院海洋研究所海洋腐蝕污損與防控材料研究組在多功能防護(hù)涂層研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，成功開發(fā)出一種具有被動(dòng)防冰、主動(dòng)除冰與高效防腐多重功能的氮化鈦(TiN)負(fù)載光熱超疏水涂層，為解決極端海洋環(huán)境下設(shè)施設(shè)備的腐蝕與結(jié)冰問題提供了重要解決方案。相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Materials Today Physics(影響因子9.7)。
 

　　鋁合金因其輕質(zhì)、高強(qiáng)、導(dǎo)熱性好等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于船舶制造、海上風(fēng)電、航空航天等領(lǐng)域。然而，在高濕、高鹽、低溫等服役環(huán)境中，鋁合金表面易發(fā)生腐蝕與結(jié)冰問題，嚴(yán)重影響設(shè)施裝備的使用壽命與運(yùn)行安全。傳統(tǒng)防護(hù)涂層往往功能單一，無法同時(shí)應(yīng)對(duì)腐蝕與結(jié)冰的雙重挑戰(zhàn)，因此亟須開發(fā)兼具多重防護(hù)功能的新型涂層材料。
 

TiN負(fù)載光熱超疏水防腐防除冰功能涂層的研究摘要圖
 

　　研究團(tuán)隊(duì)通過一步水相法合成聚多巴胺修飾的金屬有機(jī)框架材料ZIF-8(ZIF-8@PDA)，再經(jīng)硅烷改性構(gòu)建了聚硅氧烷接枝的超疏水復(fù)合填料ZIF-8@PDA@PF-POS，隨后將其與TiN顆粒共同引入環(huán)氧樹脂中，利用噴涂技術(shù)在5052鋁合金表面構(gòu)建出具有多級(jí)微納結(jié)構(gòu)的光熱超疏水復(fù)合涂層(ZIF-8@PDA@PF-POS@EP-TiN)。該涂層表現(xiàn)出卓越的綜合性能，其水靜態(tài)接觸角和滾動(dòng)角分別為153.1°和1.0°，具有很好的超疏水、自清潔和防污特性；在1.0太陽(yáng)光強(qiáng)照射下，表面溫度可在10 min內(nèi)升至65.7℃，具有高效的光熱轉(zhuǎn)換能力；電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，涂層防護(hù)后的表面電荷轉(zhuǎn)移電阻較裸基材提高6個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到2.45×1010 Ω·cm2，展現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性能；涂層在防除冰性能方面表現(xiàn)突出，在-10℃和-20℃低溫環(huán)境下涂層表面水滴結(jié)冰時(shí)間分別延長(zhǎng)至裸基材的15.1倍和19.7倍，具有顯著的被動(dòng)延遲結(jié)冰能力。在模擬光照條件下，涂層表面可迅速吸熱并將已凍結(jié)的水滴快速融化，在-10℃和-20℃下的融冰時(shí)間分別僅需393 s和766 s，展現(xiàn)出高效的主動(dòng)光熱融冰性能；在機(jī)械穩(wěn)定性方面，該涂層經(jīng)過240次砂紙磨損和160次膠帶剝離測(cè)試后，仍保持其超疏水性，具備良好的耐磨性和附著力。此外，該涂層體系良好的基底適用性和成本優(yōu)勢(shì)使其能夠在玻璃、木材、金屬網(wǎng)等多種基材表面實(shí)現(xiàn)高效涂覆，具備很好的工程化應(yīng)用前景。
 

　　該研究不僅為多功能一體化防護(hù)涂層的設(shè)計(jì)開發(fā)提供了新思路，也為高端海洋裝備在極地、遠(yuǎn)海等極端環(huán)境下的可靠運(yùn)行提供了關(guān)鍵材料基礎(chǔ)。未來該技術(shù)有望應(yīng)用于海上風(fēng)電、船舶艦艇、航空航天關(guān)鍵部件、海洋平臺(tái)等重要領(lǐng)域，提升我國(guó)裝備設(shè)施的耐久性和環(huán)境適應(yīng)性。
 

　　論文第一作者和通訊作者為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所特聘研究員張斌斌，該研究得到了山東省重點(diǎn)人才工程和山東省優(yōu)青項(xiàng)目的資助。