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海洋腐蚀研究进展(1)—沸石咪唑骨架修饰的羟基磷灰石纳米容器用于钢铁腐蚀自诊断及缺陷自修复涂层

已有 1081 次阅读 2022-4-28 15:53 |个人分类:科研进展|系统分类:科研笔记

涂装有机涂层被认为是防止金属腐蚀最方便、最有效的方法之一。利用涂层物理屏蔽作用将金属基体与腐蚀介质隔离,从而阻止金属腐蚀电化学反应的发生。然而,有机涂层在长期服役过程中不可避免的面临磨损、应力、机械破坏和老化等问题而导致微孔、微裂纹的产生,引发金属的局部腐蚀,造成材料性能不断降低并最终导致涂层防护作用彻底失效。

自修复防腐涂层能够在涂层产生缺陷后通过一定的物理/化学作用在缺陷处形成保护膜,一定程度上恢复涂层的防护作用,但传统自修复涂层无法提供腐蚀反应活性及涂层失效演化行为的信息。因此,设计开发具有腐蚀自诊断及缺陷自修复功能的防腐涂层对于发展高性能防腐材料具有重要意义。

本工作提出了一种基于纳米容器构建具有优异阻隔、腐蚀自诊断和损伤自修复三重功能的智能防腐涂层。利用沸石咪唑骨架(ZIF7)修饰的羟基磷灰石(HA-ZIF)作为纳米容器,用于负载亚铁离子响应探针邻菲咯啉(Phen);将纳米容器与环氧树脂结合制备出智能防腐涂层。

当发生局部腐蚀时,Phen分子及时释放并与亚铁离子产生络合反应,在损伤部位形成明显的红色,可迅速诊断出金属的局部腐蚀。同时,在微阳极区的酸性刺激下,ZIF纳米颗粒分解生成缓蚀剂苯并咪唑,有效地抑制了金属的腐蚀进程。与传统的纳米容器在防腐涂层中的应用不同,本工作中缓蚀剂直接用于HA-ZIF纳米容器的合成,大大提高了纳米容器中缓蚀剂的含量。此外,HA二维片的存在显著提高了复合涂层对腐蚀介质的抗渗性,保证了复合涂层的长期防护性能。

本工作实现了高阻隔、腐蚀自诊断和自修复功能三重功能于一体,为开发具有多功能和长寿命的环境适应性防护涂层提供了新的思路。

  论文题目为“Corrosion self-diagnosing and self-repairing polymeric coatings based on zeolitic imidazolate framework decorated hydroxyapatite nanocontainer on steel”发表在《Chemical Engineering Journal(IF 13.273, 431 (2022) 133476, https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133476)。论文第一作者为山东科技大学青年教师刘成宝博士,通讯作者为曾荣昌教授。

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Fig. 1. (a) The schematic diagram of HA-ZIF synthesis and Phen loading process. TEM images of (b) HA and (c) HA-ZIF. Element distribution mapping of HA-ZIF: (d-i).

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Fig. 2. Schematic demonstration of protection mechanism of containers embedded smart coating.





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