近年來,受自然界中荷葉效應啟發的超疏水現象(水靜態接觸角>150°、滾動角<10°)引起了研究人員的高度關注。超疏水材料獨特的界面不潤濕與低表面能特性使其在自清潔、流體減阻、油水分離、防腐、防生物附著、防冰、微液滴操控、集水、能量收集及可穿戴傳感等領域展現出廣闊應用前景。特別是在防腐和防冰領域,超疏水材料既能有效減小表面與腐蝕介質的固液接觸面積,又能減緩低溫環境下的界面熱傳遞,從而抑制腐蝕與結冰現象的發生。然而,現有超疏水防腐防冰材料仍普遍存在機械穩定性不足等問題嚴重制約從實驗室向實際應用的進程。提升超疏水材料的機械穩定性與耐用性,對保障其長效防腐防冰性能至關重要。 目前,研究人員已報道多種增強界面穩定性的策略,包括引入中間粘結過渡層、構建“功能顆粒+樹脂”復合涂層、纖維增強復合體系、多尺度鎧甲結構設計、賦予自修復功能等。其中,構建多尺度鎧甲結構被證實是一類極具前景的可顯著增強超疏水表面機械穩定性的策略。 然而,目前多尺度鎧甲結構設計主要依賴3D打印、飛秒激光加工、納米壓印等精密制造技術,這些技術對設備要求高且工藝相對復雜,限制了大面積規模化制備與應用。因此,如何發展簡易高效的制備方法來設計構筑具有多尺度鎧甲結構的高機械穩定性超疏水防腐防冰涂層,對推動該技術的規模化生產和實際應用具有重要意義。
近日,中國科學院海洋研究所張斌斌團隊以大尺度石英砂作為骨架結構設計構筑了一種具有高機械穩定性的鎧甲化超疏水復合涂層。該涂層由環氧樹脂(EP)底層、大尺度石英砂(SS)顆粒中間層和氟化高嶺土@玻璃纖維@環氧(F-KL@GF@EP)超疏水面層構成。制備的具有三層結構的超疏水EP/SS/F-KL@GF@EP涂層展現出顯著提升的機械穩定性,在經歷2750次砂紙磨擦循環、2700克砂粒沖擊、270分鐘持續水滴沖擊以及1600次膠帶剝離測試后,仍能維持其超疏水特性。 此外,該涂層還展現出優異的自清潔、斥液性、防腐和防冰等多功能特性。表面電荷轉移電阻(Rct)提升了九個數量級,表明其具有優越的耐腐蝕性。即使在3.5 wt.%氯化鈉溶液中浸泡35天后,仍能保持其長效防腐性能。此外,所制備的大尺度石英砂鎧甲化超疏水涂層能有效減緩熱傳導,顯著延長表面水滴的凍結時間,具有很好的低溫防冰應用潛力。 本研究的成果對于設計開發具有高機械穩定性的超疏水功能防護材料具有重要的借鑒意義,相關結果發表在 Advanced Materials Technologies雜志。 該研究得到了山東省重點人才工程-泰山學者青年專家項目(tsqn202408278)和山東省優青項目(ZR2022YQ35)的資助,謹此感謝。 論文信息 Ultra-Robust Superhydrophobic Anti-Corrosion and Anti-Icing Coating Armored by Large-Scale Silica Sand (SS) Skeleton Structure Binbin Zhang*, Wenjie Zhang, Xiaoqiang Fan, Baorong Hou Advanced Materials Technologies DOI:10.1002/admt.202501227 作者介紹 張斌斌,中國科學院海洋研究所特聘研究員,山東省泰山學者青年專家、山東省優青、中國科學院青年創新促進會會員、山東省暨青島市腐蝕與防護學會理事。主要從事仿生超疏液海洋防腐防污材料、材料海洋環境使役行為與機制、先進功能復合涂層與防護技術等方面的研究工作。先后主持國家級和省部級科研項目10余項,其中獲批省部級人才項目3項,目前以第一作者和通訊作者在Chem. Eng. J.、J. Mater. Sci. Technol.、Corros. Sci.、Mater. Des.、Prog. Org. Coat.等重要學術期刊發表SCI論文80余篇,合作出版英文專著1部,獲授權國家發明專利9件,論文總被引3600余次,H因子35,入選斯坦福-愛思唯爾全球前2%科學家榜單,并獲山東省青年海洋科技獎、青島市青年科技獎、海洋強國青年科學家提名、中科院朱李月華獎等獎勵。 原文鏈接 https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202501227
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