一类具有自修复功能的智能防腐涂层的制备及机理研究

通过复合模板法制备中空介孔SiO2纳米微球，利用TEM、XRD、比表面测试仪等进行形貌和比表面积的测定，考察制备的SiO2纳米微球对于三种有机小分子缓蚀剂：苯并三氮唑、L-色氨酸和2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸的吸附装载能力。并通过静电引力在满载缓蚀剂的SiO2纳米微球表面进行聚电解质层层自组装，主要研究多层聚电解质膜在不同pH值下对缓蚀剂缓释动力学性能的影响。将经过层层自组装的SiO2纳米微球通过溶胶凝胶法均匀渗入CeO2-SiO2复合涂层中涂覆在铝合金表面。寄希望改装后的SiO2纳米微球能作为缓蚀剂的纳米容器对腐蚀过程中环境pH值的突变发起响应，智能释放缓蚀剂并在遭受腐蚀的铝合金表面吸附成膜，修补铝合金表面的失效涂层，发挥自修复功能。通过电化学手段和原位表面探测技术来测试和监控铝合金腐蚀过程中涂层的防腐蚀性能和自修复功能，深入研究涂层的自修复机理。

在本项目中，首先，我们利用电化学方法（交流阻抗法和Tafel极化曲线法）结合理论计算方法（量子化学计算和分子动力学模拟法）研究了缓蚀剂分子的定量构效关系，开发出了新一代环保、高效喹喔啉类衍生物缓蚀剂，并以此作为我们所提出的“主体”——“客体”型智能防腐涂层中的涂层修补因子，它们在自修复过程中发挥了非常重要的作用。其次，我们利用了聚电解质层层自组装技术和超分子自组装技术构筑智能纳米容器作为智能防腐涂层的“客体”，实现了以下三个主要功能：（1）在中性溶液中，基本实现“零释放”，有效防止涂层修补因子缓蚀剂的提前释放；（2）在酸性或碱性溶液中，智能纳米容器对已吸附的缓蚀剂进行快速释放缓蚀剂迅速释放；（3）智能纳米容器与“主体”钝化涂层相容性良好。将制备的智能纳米容器掺杂进入溶胶凝胶涂层（“主体”涂层）中，并涂覆在铝合金AA2024表面形成智能防腐涂层，利用交流阻抗法和扫描振荡电极技术测试对涂层的综合防腐性能和自修复性能进行评价。结果显示：依靠智能纳米容器快速响应腐蚀微区pH值的突变，释放缓蚀剂在破损金属表面吸附成膜，弥补破损涂层，实现涂层的自修复功能。本项目中制备的智能防腐涂层具有环保、高效、自修复特性，具有取代目前铝合金表面非环保型铬化涂层的潜力，有良好的工业应用前景。最后，我们也尝试制备了一类光生阴极保护型涂层，利用铬/铈离子掺杂进入二氧化钛涂层后涂覆在不锈钢表面，解决了目前不锈钢体系存在的两大问题：（1）仅能吸收小于380nm波长紫外光，无法对太阳光进行充分利用；（2）暗态无法发挥保护作用，我们的设计为光刺激——响应型涂层提供了一个制备模板。. 在本项目的资助下，项目申请人以第一作者/独立通讯作者在ACS Nano, Chemical Communications, Journal of Materials Chemistry B, Corrosion Science等期刊上发表SCI论文11篇，总影响因子为55.513。此外，项目申请人申请发明专利三项，培养博士研究生1名，硕士研究生6名。