有机防腐涂层通常面临着机械损伤、老化降解和腐蚀失效等多种失效形式的复杂耦合作用。其中，机械作用造成的宏观损伤会直接损害涂层的结构完整性；而老化作用则会导致聚合物链分解，形成各种微观缺陷，加速腐蚀性介质的渗透，从而逐渐削弱并最终影响防腐效果。因此，开发涂层损伤预警功能和提升涂层耐久性对延长防腐涂层服役寿命具有重要意义。
近日，北京科技大学新材料技术研究院张达威和马菱薇教授团队针对上述问题，受见手青损伤变色现象的启发，提出了一种具有显色/荧光双重预警功能，兼具耐老化和主动腐蚀防护性能的涂层体系构筑策略。涂层的多功能性来源于纳米氧化铈（CeO2）颗粒与包覆结晶紫内酯（CVL）的微胶囊的双填料组合体系。微胶囊包覆的CVL作为颜色及荧光指示剂：当涂层发生机械损伤时，微胶囊因机械外力而破裂，释放的CVL在紫外光照射下表现出局部荧光增强，并且其内酯环在CeO2颗粒表面羟基的作用下打开而呈现显著蓝色，实现显色/荧光双重机械损伤预警效果。另一方面，CeO2颗粒的紫外吸收和缓蚀性能也有效地提升了涂层的耐老化和主动腐蚀防护性能。最后，采用电偶腐蚀传感器技术和基于有机光伏器件的透光性测试技术分别监测了所设计涂层的腐蚀、老化失效过程，证实了涂层的主动腐蚀防护和耐老化性能。该研究所设计的填料体系适用于多种成品涂层，为应对防腐涂层的复杂失效形式、延长涂层服役寿命提供了新的解决思路。
2024年12月15日，相关成果以“Lurid Bolete-Inspired Damage Reporting Coating with Simultaneous Weathering and Corrosion Resistance: Construction Strategy and Real-Time Degradation Monitoring”为题发表在国际权威期刊《Advanced Functional Materials》上（Adv. Funct. Mater. 2024, 2414620）。论文第一作者为北京科技大学新材料技术研究院博士生王金科，通讯作者为北京科技大学新材料技术研究院张达威教授和马菱薇教授，同时感谢华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室李宁教授的指导和帮助，以上工作得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划、科技基础资源调查专项的支持。
图1.见手青启发的机械损伤预警防腐涂层：a）见手青的损伤预警特性；b）涂层的损伤预警、耐老化、主动腐蚀防护机制；c）基于电偶腐蚀传感器的实时腐蚀监测和基于有机光伏器件的原位透光率监测示意图
图2 包覆CVL微胶囊及复合涂层的显色/荧光损伤预警性能
图3 基于有机光伏器件的透光性测试及复合涂层的耐老化性能
图4 基于电偶腐蚀传感器的实时腐蚀监测及复合涂层的主动腐蚀防护机理该工作是团队近期关于智能防腐涂层相关研究的最新进展之一。在过去三年中，团队针对防腐涂层腐蚀失效问题发展了一系列腐蚀感应预警涂层（Chem. Eng. J. 2022, 433, 134515; Chem. Eng. J. 2023, 454, 140335; Corros. Sci. 2024, 232, 112038）和自修复涂层（Chem. Eng. J. 2024, 500, 156898; Corros. Sci. 2022, 208, 110663; Compos. Part B-Eng. 2022, 231, 109574）；针对涂层机械损伤制备了一系列机械损伤预警涂层（Prog. Org. Coat. 2024, 187, 108147; Prog. Org. Coat. 2024, 195, 108683）。为实现涂层服役老化过程的实时监测，团队研究并测试了基于有机光伏器件的透光性监测手段的长期稳定性（J. Mater. Chem. A. 2024, 12, 14688）。
原文信息：Wang J, Liu S, Zhou Y, Yu S, Chen Z, Li Z, Chen W, Li N, Ma L*, Zhang D*. Lurid bolete-inspired damage reporting coating with simultaneous weathering and corrosion resistance: Construction strategy and real-time degradation monitoring. Adv. Funct. Mater. 2024, 2414620.
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202414620
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