AMT | 中科院海洋所张斌斌:大尺度石英砂铠甲化设计构筑高机械稳定性超疏水防腐防冰涂层
2025-08-27 13:43:37 作者:本网整理 来源:网络 分享至:

 

 

 

近年来,受自然界中荷叶效应启发的超疏水现象(水静态接触角>150°、滚动角<10°)引起了研究人员的高度关注。超疏水材料独特的界面不润湿与低表面能特性使其在自清洁、流体减阻、油水分离、防腐、防生物附着、防冰、微液滴操控、集水、能量收集及可穿戴传感等领域展现出广阔应用前景。特别是在防腐和防冰领域,超疏水材料既能有效减小表面与腐蚀介质的固液接触面积,又能减缓低温环境下的界面热传递,从而抑制腐蚀与结冰现象的发生。然而,现有超疏水防腐防冰材料仍普遍存在机械稳定性不足等问题严重制约从实验室向实际应用的进程。提升超疏水材料的机械稳定性与耐用性,对保障其长效防腐防冰性能至关重要。

目前,研究人员已报道多种增强界面稳定性的策略,包括引入中间粘结过渡层、构建“功能颗粒+树脂”复合涂层、纤维增强复合体系、多尺度铠甲结构设计、赋予自修复功能等。其中,构建多尺度铠甲结构被证实是一类极具前景的可显著增强超疏水表面机械稳定性的策略。

然而,目前多尺度铠甲结构设计主要依赖3D打印、飞秒激光加工、纳米压印等精密制造技术,这些技术对设备要求高且工艺相对复杂,限制了大面积规模化制备与应用。因此,如何发展简易高效的制备方法来设计构筑具有多尺度铠甲结构的高机械稳定性超疏水防腐防冰涂层,对推动该技术的规模化生产和实际应用具有重要意义。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


近日,中国科学院海洋研究所张斌斌团队以大尺度石英砂作为骨架结构设计构筑了一种具有高机械稳定性的铠甲化超疏水复合涂层。该涂层由环氧树脂(EP)底层、大尺度石英砂(SS)颗粒中间层和氟化高岭土@玻璃纤维@环氧(F-KL@GF@EP)超疏水面层构成。制备的具有三层结构的超疏水EP/SS/F-KL@GF@EP涂层展现出显著提升的机械稳定性,在经历2750次砂纸磨擦循环、2700克砂粒冲击、270分钟持续水滴冲击以及1600次胶带剥离测试后,仍能维持其超疏水特性。

此外,该涂层还展现出优异的自清洁、斥液性、防腐和防冰等多功能特性。表面电荷转移电阻(Rct)提升了九个数量级,表明其具有优越的耐腐蚀性。即使在3.5 wt.%氯化钠溶液中浸泡35天后,仍能保持其长效防腐性能。此外,所制备的大尺度石英砂铠甲化超疏水涂层能有效减缓热传导,显著延长表面水滴的冻结时间,具有很好的低温防冰应用潜力。

本研究的成果对于设计开发具有高机械稳定性的超疏水功能防护材料具有重要的借鉴意义,相关结果发表在 Advanced Materials Technologies杂志。

 

该研究得到了山东省重点人才工程-泰山学者青年专家项目(tsqn202408278)和山东省优青项目(ZR2022YQ35)的资助,谨此感谢。

 

 

 

 

论文信息

Ultra-Robust Superhydrophobic Anti-Corrosion and Anti-Icing Coating Armored by Large-Scale Silica Sand (SS) Skeleton Structure

Binbin Zhang*, Wenjie Zhang, Xiaoqiang Fan, Baorong Hou

Advanced Materials Technologies

DOI:10.1002/admt.202501227

 

作者介绍

张斌斌,中国科学院海洋研究所特聘研究员,山东省泰山学者青年专家、山东省优青、中国科学院青年创新促进会会员、山东省暨青岛市腐蚀与防护学会理事。主要从事仿生超疏液海洋防腐防污材料、材料海洋环境使役行为与机制、先进功能复合涂层与防护技术等方面的研究工作。先后主持国家级和省部级科研项目10余项,其中获批省部级人才项目3项,目前以第一作者和通讯作者在Chem. Eng. J.、J. Mater. Sci. Technol.、Corros. Sci.、Mater. Des.、Prog. Org. Coat.等重要学术期刊发表SCI论文80余篇,合作出版英文专著1部,获授权国家发明专利9件,论文总被引3600余次,H因子35,入选斯坦福-爱思唯尔全球前2%科学家榜单,并获山东省青年海洋科技奖、青岛市青年科技奖、海洋强国青年科学家提名、中科院朱李月华奖等奖励。

 


原文链接

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202501227

 

 

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