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  金屬是應用最為廣泛且腐蝕問題較為突出的工程材料，表面具有親水、氧化膜疏松、電化學不穩定等特點，在海洋環境條件下極易發生腐蝕和海洋生物附著，嚴重影響設備/設施的使用壽命、工作效率和運行安全。涂層防護法是提升金屬使用壽命最重要、最經濟、最高效的方法，能阻止水分、氧氣和腐蝕介質直接接觸碳鋼表面，同時形成絕緣層，防止離子電流的流動，從而降低腐蝕速率。有機或其復合涂層防護效果好、生產和操作簡便、成本低，是防腐涂層目前最常用的方法，如環氧樹脂、聚氨酯、酚醛樹脂等。然而，受樹脂材料的親水、擴散、粘附特性和涂覆工藝的影響，該類涂層普遍存在腐蝕介質易吸附、有針孔微裂紋、附著力不足、多道厚膜涂覆等問題。

  自1997年“荷葉效應”被發現及其“二元協同”自潔機制隨后被揭示以來，能防止水滴粘附和水分滲透的超疏水材料一直是相關領域研究的前沿和熱點之一，也為提升有機涂層防腐防污性能和使用壽命提出了新的研究思路。傳統設計并制備的超疏水材料研究顯示，斥液、耐蝕、防污等功能性和強度、韌性、界面附著力等力學性能似乎相互排斥。一方面，提升功能性需要降低表面固液接觸面積，常通過構建精細微納粗糙結構來實現，但受應力集中影響這些結構極易損傷斷裂。另一方面，從化學角度來看，降低表面能有利于提升超疏水態熱力學穩定性和化學惰性，但卻也降低了材料自身及其與基底的化學鍵合強度。此外，為提升長期使用時機械外力和環境因素作用造成的表層失效，需要整體超疏水的微結構自相似體相材料，但往往疏松多孔強度低。

圖1 界面強化涂層設計策略及微觀結構

圖2 界面強化涂層的機械與液態介質耐蝕穩定性

圖3 界面強化涂層微觀結構、氣態介質耐蝕性和生物防污性

  如圖3所示，得益于超疏水IS-Cells與樹脂的良好相容性，使得界面強化涂層表面光滑且縱向致密。在氣體腐蝕介質環境下，帶有人造缺陷(2 × 100mm) 的薄涂層(約85μm)在歷經2400小時的中性鹽霧試驗中，腐蝕介質始終難以通過損傷區域滲透。且IS-Cells表面接枝的含氟長鏈在天然淺海環境（青島， 120°E, 36°N）中可以在90天內抑制海洋生物附著。額外的防污能力擴大了超疏水顆粒在海洋防腐中的應用。

  該項工作獲得了國家自然科學基金委（52071076）的資助，相關成果以“Enhancing resistance to corrosion and fouling using epoxy coatings with superhydrophobic cells” 為題，近期發表在材料科學頂級期刊《Adv. Funct. Mater. 》。

  原文鏈接：

  Yage Xia, Wancheng Gu, Qiang Zhang, etc. Enhancing Resistance to Corrosion and Fouling Using Epoxy Coatings with Superhydrophobic Cells. Adv. Funct. Mater. 2024, 2412379

  DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202412379

  下載：Enhancing Resistance to Corrosion and Fouling Using Epoxy Coatings with Superhydrophobic Cells