【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中國科學(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涂層研究領(lǐng)域取得重要進展，成功開發(fā)出一種具有被動防冰、主動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、導(dǎo)熱性好等優(yōu)點廣泛應(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行安全。傳統(tǒng)防護涂層往往功能單一，無法同時應(yīng)對腐蝕與結(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
研究團隊通過一步水相法合成聚多巴胺修飾的金屬有機框架材料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太陽光強照射下，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)測試結(jié)果表明，涂層防護后的表面電荷轉(zhuǎn)移電阻較裸基材提高6個數(shù)量級，達到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)冰時間分別延長至裸基材的15.1倍和19.7倍，具有顯著的被動延遲結(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℃下的融冰時間分別僅需393 s和766 s，展現(xiàn)出高效的主動光熱融冰性能；在機械穩(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)勢使其能夠在玻璃、木材、金屬網(wǎng)等多種基材表面實現(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涂層的設(shè)計開發(fā)提供了新思路，也為高端海洋裝備在極地、遠海等極端環(huán)境下的可靠運行提供了關(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、海洋平臺等重要領(lǐng)域，提升我國裝備設(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人才工程和山東省優(yōu)青項目的資助。
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