【摘 要】
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在腐蚀防护领域,有机涂层有效保护金属基体,防止腐蚀反应发生。然而,在外界环境变化和机械损伤的作用下,涂层表面产生的微裂纹和孔隙可诱发局部腐蚀,导致涂层最终完全失效。自修复材料是一种能够自动感知和修复损伤的新型智能材料,在设计智能防腐涂料方面具有巨大的潜力。传统自修复防腐涂层而言,存在的不足之一就是无法实现精准定向修复。同时,在复杂的海洋环境中存在大量污损生物,这就要求自修复防腐涂层在具备优异的防腐
【基金项目】
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中国浙江省自然科学基金(LR21E050001); 中国科学院前沿科学重点研究计划(QYZDY-SSW-JSC009); 中科院青年创新促进会(第2017338号);
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在腐蚀防护领域,有机涂层有效保护金属基体,防止腐蚀反应发生。然而,在外界环境变化和机械损伤的作用下,涂层表面产生的微裂纹和孔隙可诱发局部腐蚀,导致涂层最终完全失效。自修复材料是一种能够自动感知和修复损伤的新型智能材料,在设计智能防腐涂料方面具有巨大的潜力。传统自修复防腐涂层而言,存在的不足之一就是无法实现精准定向修复。同时,在复杂的海洋环境中存在大量污损生物,这就要求自修复防腐涂层在具备优异的防腐性能的同时最好能够兼顾防污特性。本文在“船过水无痕”的自然现象启发下,以具有流动性的硅油在外力作用后迅速恢复原始状态作为自修复的驱动力,制备硅油基自修复复合材料,改性纳米填料作为增稠剂在硅油中形成三维粒子网络,增加硅油基复合材料的粘度,改善硅油基复合材料的稳定性能和防腐性能并赋予硅油基复合材料功能化,探究了油基复合材料自修复行为调控和防腐机制,主要研究内容和结论如下:(1)采用水热合成法制备了氧化石墨烯负载四氧化三铁(rGO-Fe3O4)纳米颗粒的磁性填料,将rGO-Fe3O4均匀分散在硅油中制备了 rGO-Fe3O4/Oil自修复材料。rGO-Fe3O4的磁响应性和不渗透性的协同作用使可流动的rGO-Fe3O4/Oil在磁场作用下向腐蚀目标区域移动,有效抑制了局部腐蚀的发生。系统考察了 rGO-Fe3O4含量对rGO-Fe3O4/Oil在3.5 wt%NaCl溶液中腐蚀性能的影响,结果表明,当填料添加量为7.5 wt%时,rGO-Fe3O4/Oil-7.5 wt%在腐蚀溶液浸泡384 h后低频阻抗模量仍高达2.0×1010Ω·cm2,表现出优异的防腐性能。这主要归因于rGO-Fe3O4在硅油中构筑了良好阻隔性能的迷宫结构,能够有效抑制腐蚀介质的渗透和扩散。(2)利用凹凸棒的吸附特性,将凹凸棒(ATP)作为纳米容器吸附2-十一烷基咪唑啉(ULM)缓蚀剂制备ATP@ULM填料,将ATP@ULM填料均匀分散在硅油中制备防腐防污双效ATP@ULM/Oil自修复材料,利用电化学等测定了 ATP@ULM/Oil的腐蚀防护性能。结果表明,ATP@ULM/Oil-7.5 wt%经过在腐蚀溶液中浸泡20天后的低频阻抗模量依然稳定在1010 Ω·cm2。这主要是凹凸棒与2-十一烷基咪唑啉的协同防护作用有效提高了ATP@ULM/Oil的长效防腐性能。利用生物型激光共聚显微镜测试和大肠杆菌24h的抑菌圈实验考察了 ATP@ULM/Oil的防污性能,发现2-十一烷基咪唑啉具有优异的抑菌性能,ATP@ULM/Oil使污损生物活性降低且难以附着,具有优异的抑菌抗藻功能。(3)利用硅油的流动性作为自修复驱动力,通过rGO-Fe3O4和ATP@ULM纳米填料在硅油中形成粒子网络有效提高硅油基复合材料的粘度和稳定性。通过开路电位和不同腐蚀环境的划痕测试系统考察了硅油基复合材料的自修复行为,结果表明硅油基复合材料在无外界触发条件下在空气、水下、酸(PH=1)、碱(pH=14)、中性(pH=7)腐蚀溶液中均能实现完全自发的可重复自修复行为,每次自修复过程的腐蚀防护性能都在数百秒内恢复至初始状态,表现了高效的多次自修复性能。
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