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  兼顧腐蝕防護和高效的熱量傳遞是眾多工業設備的關鍵問題。但是，在實際應用時，二者往往存在相互排斥，提升一方面的性能經常導致另一種性能的下降。特別是對于換熱器金屬材料制成的設備來說，這個問題更為突出。復雜介質中金屬容易腐蝕，可能會導致經濟和安全問題。研究者經常采用有機涂層來解決金屬的腐蝕問題。但是，傳統的有機涂層熱導率低，會不可避免地犧牲設備整體的傳熱效率，導致能源和經濟損失。因此，在全球節能減排的雙碳背景下，提升有機防腐涂層的熱導率，制備兼具高導熱和高防腐性能的涂層具有重要意義。

  針對上述問題，天津大學汪懷遠教授團隊開展了深入研究，選擇具有良好導熱和物理阻隔性能的氮化硼BN和石墨烯G復合提升熱導率，并且通過Phe的非共價改性改進填料的分散性及填料/環氧界面相容性。這樣不僅形成了高效導熱通路，而且提供了出色阻隔作用。改性復合涂層熱導率達到1.63 W/(m·K)，比環氧樹脂的熱導率(0.22 W/(m·K))提升了641%。目前國際上德國索卡酚、日本米通產品的導熱率在0.6 W/(m·K)左右。根據理論計算，涂覆改性復合涂層的換熱器傳熱系數損失可以從9.47%（涂有EP涂層時）大幅降低到1.39%。這樣能基本維持換熱器原有的換熱效率，有效提升能源利用率。另外，功能涂層可進一步與金屬表面形成納米鈍化膜，涂層在3.5 wt%的鹽水中浸泡150天后，低頻阻抗模量仍可以維持在10¹¹ohm·cm² 。該工作具有廣闊應用前景。

  相關工作近期以“A novel polymer composite coating with high thermal conductivity and unique anti-corrosion performance” 為題發表在《Chemical Engineering Journal》。天津大學化工學院博士生徐飛為論文第一作者，通訊作者為天津大學化工學院汪懷遠教授。

  未改性的填料表現出明顯的聚集，并且截面展現出明顯的孔隙缺陷。這些界面缺陷不僅會導致大的界面熱阻，而且使得腐蝕介質快速滲透。BN和G經過Phe非共價改性后，如圖1c所示，Phe通過π-π相互作用修飾BN和G后，Phe上的氨基和羧基可以與樹脂形成共價鍵和氫鍵，最終的改性BN/G/ /EP 涂層呈現出相對光滑的表面，并且填料與環氧基質間沒有明顯的界面缺陷。

圖2 (a)不同涂層的熱導率變化和(b)不同涂層的熱導率擬合結果；涂覆不同涂層((d1) EP, (d2) BN/G/ EP) 的鋁盒中的熱水的(c)紅外熱成像和(d)表面溫度變化; (e)換熱器表面涂層的不同熱導率(k_c)下計算得到的傳熱系數損失值 K_loss

  對功能涂層的熱導率進行測試，改性BN/G/EP涂層在填料含量為30 wt%時熱導率已經達到1.63 W/(m·K)，顯著高于環氧涂層和其他涂層，并且高于現在市場上的多種防腐涂層的導熱值，蒸發實驗研究表明制備的功能涂層具有良好的傳熱效果。另外，理論計算表明，當換熱器表面涂覆的涂層熱導率達到1.63 W/(m·K)時，整體換熱器的傳熱系數損失降低到1.39%。這可以有效降低能源消耗和額外的經濟損失。

  改性BN/G/ EP涂層在3.5 wt%鹽水浸泡150天的過程中，低頻阻抗模量一直維持在10¹¹ohm·cm²以上，并且相角值維持在60°以上，獲得了良好的長效防腐效果。

圖4 綜合比較不同涂層的熱導率值和|Z|_{0.01 Hz}阻值變化

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135660