受豆莢啟發(fā)的微容器（micropod）由高容量中空介孔二氧化硅納米顆粒/氧化石墨烯（MSN-NH2/GO 微容器）和指示劑及抑制劑1,10-菲羅啉（Phen）組成。微模塊的pH響應(yīng)性來自于GO靜電閥與 MSN-NH2的相互作用，在不同的pH值下，MSN-NH2的表面電荷會發(fā)生變化，從而控制 Phen的釋放。當(dāng)隨著pH值的升高發(fā)生涂層下腐蝕時，Phen從脫離的微柱中逸出，與溶解的Fe2+配位，呈現(xiàn)出橘紅色，并形成被動的絡(luò)合物膜阻止腐蝕，從而實現(xiàn)腐蝕感應(yīng)和抑制。同時，GO的高寬比延長了腐蝕性介質(zhì)在涂層中的擴散途徑，從而增強了涂層的耐腐蝕性。Phen@micropod/epoxy防腐涂層在浸泡試驗和鹽霧試驗中表現(xiàn)良好，在30天浸泡試驗中保持完好，其Rc值是純環(huán)氧涂層的1000倍。

方案1.受beanpod啟發(fā)的micropods設(shè)計 （MSN-NH2/GO microcontainer） 流程圖

圖1. a）SEM圖像和 b）MSN-NH2的TEM圖像、N2吸附-解吸等溫線和 c）MSN-NH2的孔分布曲線，d）Phen@MSN-NH2和 e）不同pH值下水溶液中MSN-NH2和GO的Zeta電位。

在這項研究中，我們提出了一種受豆莢啟發(fā)設(shè)計的具有自報告和自修復(fù)能力的智能防腐蝕涂層。帶正電荷的中空介孔二氧化硅（MSN-NH2）和帶負(fù)電荷的氧化石墨烯（GO）通過靜電組裝復(fù)制了豆莢的結(jié)構(gòu)。合成的微柱（MSN-NH2/GO微容器）作為無毒指示劑和抑制劑 Phen的大容量微容器，將Phen與環(huán)氧基質(zhì)隔離，避免了不相容和早期泄漏。當(dāng)pH值升高時，MSN-NH2的表面電荷變?yōu)榕cGO相同的負(fù)電荷狀態(tài)，導(dǎo)致靜電斥力剝離并釋放出封裝的 Phen，模擬了豆莢成熟時的爆裂行為。這種觸發(fā)釋放模式保證了當(dāng)局部pH值升高而發(fā)生腐蝕時，涂層中的微柱能釋放出Phen，GO既是控制Phen釋放的閥門，又是抑制腐蝕性介質(zhì)擴散的屏障。

因此，在浸泡試驗和鹽霧試驗中，Phen@微柱/EP涂層的防腐蝕性能非常出色，這得益于GO的高縱橫比，浸泡30天后，涂層的耐腐蝕性能提高到1.4×1010Ω-cm2，吸水率降低到1.6 vol%。一旦Phen在腐蝕現(xiàn)場局部釋放，Phen就會與溶解的 Fe2+相互配合，實現(xiàn)著色并形成覆蓋腐蝕部位的被動膜，為報告涂層排除設(shè)備下的初步腐蝕情況提供了可視化解決方案，并能瞬間自我修復(fù)，抑制腐蝕的發(fā)展。該生物啟發(fā)多功能涂層在防腐蝕領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，具有合理的觸發(fā)釋放模式和較高的負(fù)載抑制劑、指示劑或修復(fù)劑的能力，對早期控制腐蝕發(fā)展和維護金屬結(jié)構(gòu)，減少金屬腐蝕造成的環(huán)境污染和碳排放具有重要意義。