近日，中科院海洋所侯保榮-段繼周課題組在無氟環保型超疏水涂層設計構建及其在海洋腐蝕防護領域的研究取得新進展。相關研究成果以“Robust, scalable and fluorine-free superhydrophobic anti-corrosion coating with shielding functions in marine submerged and atmospheric zones”為題在國際學術雜志《Materials & Design》發表。 

　　基于獨特的界面不潤濕性和斥液性，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、防腐防污等領域展現出巨大應用潛力。在海洋環境中服役的各類工程設施與裝備的結構支撐材料主要由金屬及合金構成，由于海洋腐蝕環境的嚴峻性，金屬及合金材料不可避免的遭受腐蝕失效，進而造成設施裝備性能衰減、巨大經濟損失、生態環境破壞、甚至突發性安全事故。超疏水材料結構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，進而提高表面電荷轉移電阻并抑制腐蝕電解質向內部滲透擴散，為金屬及合金材料的海洋腐蝕問題提供了一種解決途徑。但目前超疏水防護材料面臨微納多尺度結構脆弱、含氟試劑使用、復雜的制備過程、機械穩定性欠佳等問題亟待解決，其在不同區帶海洋腐蝕防護領域的界面相互作用機理亟需深入認知。 

模擬高鹽高濕海洋大氣環境下氯化鈉單鹽粒與多鹽粒潮解行為 

　　研究人員通過選取氧化鋅納米顆粒（ZnO NPs）、硬脂酸（STA）和聚二甲基硅氧烷（PDMS）作為原材料，基于簡便高效的表面噴涂技術在金屬基體設計制備了一種具有良好機械穩定性、熱穩定性和界面結合力的ZnO@STA@PDMS無氟超疏水防護涂層，電化學阻抗譜與動電位極化測試結果顯示該涂層的腐蝕電位正移，腐蝕電流顯著降低。此外，通過模擬和觀察高濕度（82±3% RH）海洋大氣環境下氯化鈉單鹽粒和多鹽粒潮解行為，發現了在鹽粒潮解區邊界處腐蝕明顯快于中心區，這主要是由于邊界處優先潮解且氧含量豐富，進而加速了氯離子的局部腐蝕行為，同時研究人員首次提出了超疏水表面在高鹽高濕海洋大氣環境下存在一種潛在的鹽粒潮解自融合防護機制，多相界面極低的表面能和黏附力及其對潮解后氯化鈉液滴的排斥性為該類材料在海洋大氣腐蝕防護中的應用提供了界面優勢。此外，該涂層所展現的良好機械穩定性、熱穩定性、綠色環保、成本低廉、基材適用范圍廣等特性使其在海洋環境和工業環境下材料表面的腐蝕失效抑制提供了潛在解決方案。 

　　中科院海洋所張斌斌副研究員為論文第一作者和通訊作者。該研究工作得到了中國科學院青年創新促進會（2021207）、山東省優秀青年科學基金（ZR2022YQ35）和山東省聯合基金重點項目（ZR2021LFG004）的資助。 

　　論文信息： 

　　Binbin Zhang*, Jiayang Yan, Weichen Xu, Yimeng Zhang, Jizhou Duan, Baorong Hou, Robust, scalable and fluorine-free superhydrophobic anti-corrosion coating with shielding functions in marine submerged and atmospheric zones, Materials & Design, 2022, 223, 111246. 

　　文章鏈接： 

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127522008681