专栏名称: 高分子科技
高分子科技®做为全球高分子产业门户及创新平台“中国聚合物网www.polymer.cn”的新锐媒体,实时报道高分子科学前沿动态,关注和分享新材料、新工艺、新技术、新设备等一线科技创新设计、解决方案,促进产学研及市场一体化合作的共同发展。
目录
相关文章推荐
高分子科学前沿  ·  华南师范大学王耀教授/上海大学石国升教授《J ... ·  6 小时前  
高分子科技  ·  天工大高辉/余云健、吉林大学杨英威 ... ·  2 天前  
高分子科学前沿  ·  他,史上最年轻的“三院”院士,最新Nature! ·  昨天  
高分子科学前沿  ·  四川大学邓怡研究员《AFM》:工程生物异质通 ... ·  3 天前  
高分子科学前沿  ·  澳门大学张宣军、黄冠豪/南科大吴长锋《自然· ... ·  4 天前  
51好读  ›  专栏  ›  高分子科技

青科大程莉/山科大刘成宝 Small:基于表面损伤和界面腐蚀可视化分级预警的功能防护涂层

高分子科技  · 公众号  · 化学  · 2024-12-18 13:02

正文

点击上方 蓝字 一键订阅


新能源汽车领域的快速发展引发对轻量化、高强、高可靠的结构材料的迫切需求。镁合金具有轻质高强的突出优点,但其低腐蚀电位、高化学和电化学活性严重制约了镁基材料在高湿热沿海地区的实际应用。有机防腐涂层作为一种有效的防护措施,在长效服役期间不可免产生微损伤,腐蚀介质可迅速由缺陷处渗透并加速界面腐蚀,最终导致金属结构失效。然而微尺度损伤在实际工程设备中极难被及时察觉,因此,针对涂层 / 金属系统中局部损伤发展高效损伤预警技术是实现涂层损伤定位及有效维护首要要求。

青岛科技大学程莉特聘副教授和山东科技大学刘成宝学术教授 报道了新型损伤分级自预警防腐涂层体系,能够实现从表面涂层损伤到界面局部腐蚀的可视化报告。该涂层体系由包含具有结晶紫内酯( CVL )内核的微胶囊( MCs1 )和 SiO 2 纳米颗粒的聚氨酯面漆,以及含有酚酞( PHP )填充微胶囊( MCs2 )的底漆组成。一旦涂层损伤产生,微胶囊破损释放出 CVL 分子, CVL 分子在 SiO 2 表面 -OH 基团的刺激下产生强烈蓝紫色预警损伤位点。随损伤深入发展并诱发界面镁合金腐蚀时, MCs2 释放出 PHP 分子对碱性腐蚀微环境表现出粉色特征。这项工作为及时了解和监测防护涂层 / 镁合金的实时服役状态和失效演化行为提供了有效解决方法。


2024年12月10日,相关工作以“ Robust Damage-Sensing and Corrosion-Warning Polymeric Coatings: a New Approach to Visually Monitor the Degradation Dynamics of Coated Mg-Alloy ”发表在《 Small 》上。


1 展示了通过封装 CVL PHP 的两种类型微胶囊的制备过程,并通过分别在底漆和面漆中掺入适量微胶囊构建分级自预警涂层。当顶部涂层在机械冲击下形成微裂纹时,裂纹扩展尖端撕裂微胶囊释放出 CVL ,涂层中 SiO 2 纳米球表面的 -OH 基团与 CVL 形成氢键相互作用导致内酯环开环形成蓝色 CVL + 结构,在裂纹区域呈现出明显的颜色变化以实现损伤感知功能。随着损伤的不断加深,局部合金基体直接暴露于腐蚀介质中,镁合金的腐蚀产物中含有大量的 Mg(OH) 2 并伴有局部的碱环境。因此,利用 PHP 分子对碱性环境的响应特性可有效实现早期腐蚀部位预警。


1 分级自预警涂层构建示意图及作用机制


2 展示了 MCs1 对不同强度应力和作用时间的颜色反应特性。随应力强度增加和作用时间延长,更多的胶囊破裂导致大量 CVL 分子逸出,显示出更加强烈的颜色变化。


2 MCs1 在机械应力作用下的显色特性


3 表明了破碎的 MCs2 在不同 pH 环境下的显色特征。结果表明, pH 大于 8.5 的碱性环境足以引发明显的显色效应,为镁合金腐蚀部位的快速可视化预警奠定了基础。


3 破碎的 MCs2 在不同 pH 环境中的显色特性


4 展示了功能涂层的分级自预警特性。在涂层系统中分别引入两种损伤深度,即仅在涂层系统中存在划痕和划痕深入到镁合金基体中。涂层在损伤部位表现出着色效应,仅在 2 分钟后出现轻微的蓝色变化,表明迅速的损伤响应预警行为。为了验证涂层的腐蚀预警性能,在较深划痕处喷涂 5 wt.% NaCl 溶液以引发局部腐蚀。涂层静置 3 min 后在腐蚀部位产生明显颜色变化,形成速度远快于肉眼可见腐蚀产物的形成过程,表明其腐蚀自诊断特性。


4 涂层损伤和界面腐蚀的可视化预警行为


以上研究得到国家自然科学基金( 52401096 52201077 )及山东省青创团队项目( 2023KJ308 )支持。论文第一作者为青岛科技大学 程莉 特聘副教授,通讯作者为 程莉 特聘副教授和 刘成宝 学术教授。山东科技大学张爱猛,青岛科技大学曹兰、邓康清教授为论文共同作者。


程莉,青岛科技大学高分子学院特聘副教授,硕士生导师,从事海洋功能防护涂层结构设计与作用机制研究。以第一 / 通讯作者在 Small, J. Mater. Chem. A, Chem. Eng. J, Corros. Sci. 等期刊上发表论文数十余篇。主持国家自然科学基金,山东省自然科学基金及青岛市自然科学基金等项目。


论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202404038


相关进展

山科大刘成宝教授 Mater. Horiz.:基于超分子可视化智能传感器的海洋钢结构劣化监测

广州大学吴旭教授/香港城市大学姚希教授等 Sci. Adv.:功能涂层材料最新研究成果

江苏大学邹小波教授 Coordin. Chem. Rev. 综述:聚多巴胺涂层在生物分析领域的进展

高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享,刊物或媒体如需转载,请联系邮箱:[email protected]

诚邀投稿







请到「今天看啥」查看全文