河南省科学院李伟、申婷AFM：自主自修复防腐涂料_凯发国际官网手机版app下载,凯发ag旗舰厅

河南省科学院李伟、申婷AFM：自主自修复防腐涂料

栏目：新闻资讯发布时间：2026-02-06

　　长期有效的腐蚀防护涂层需具备损伤自修复能力，但传统技术面临严峻挑战：提高分子流动性以促进自愈合往往牺牲涂层稳定性与耐腐蚀性，尤其在富水恶劣环境中。现

　　长期有效的腐蚀防护涂层需具备损伤自修复能力，但传统技术面临严峻挑战：提高分子流动性以促进自愈合往往牺牲涂层稳定性与耐腐蚀性，尤其在富水恶劣环境中。现有策略（如形状记忆效应）受限于可修复裂纹尺寸和外部刺激依赖性问题，难以满足实际工程需求。因此，开发能克服界面重构限制的自主自愈合机制成为研究焦点。

　　河南省科学院李伟华教授、申婷博士团队开发出一种新型固液复合涂层（SiEP-SS/HDES），通过将疏水低共熔溶剂（HDES）融入二硫键交联的硅氧烷改性环氧树脂（SiEP-SS），实现了空气与水下的高效自修复。该涂层在1小时内即可自主愈合损伤，并耐受1000小时盐雾腐蚀。其核心在于弹性树脂（弹性恢复率71.4%）与HDES受限流动的协同作用：弹性推动裂纹闭合，HDES增强分子迁移并重建动态键，而疏水相互作用则阻断水分干扰。

　　示意图1 SiEP-SS/HDES涂层的制备流程及自修复机制设计（含化学结构标注）。

　　通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）验证了材料结构的成功构建（图1）。HDES由百里香酚与甲基水杨酸酯以1:1摩尔比合成，FTIR显示其羰基峰从1672 cm⁻¹蓝移至1676 cm⁻¹，证实氢键形成。XPS中氮元素峰位偏移（如C-N峰从399.5 eV移至399.1 eV）揭示了HDES与SiEP-SS间的氢键相互作用，确保HDES在树脂中均匀分散（图1e,f）。

　　差示扫描量热（DSC）表明，添加40 wt.% HDES的涂层玻璃化转变温度（Tg）降至-22.61°C（图2a），归因于HDES的塑化效应。应力松弛实验显示HDES显著提升分子链迁移率（图2b），而纳米压痕测试测得71.4%的高弹性回复率（图2c），为裂纹自主闭合提供核心驱动力。

　　涂层表面接触角达103.3°，浸泡7天后升至105.2°（图3g）。扫描电镜（SEM）与原子力显微镜（AFM）显示其致密无相分离的微观结构（图3a-f）。分子动力学模拟（图4）进一步揭示：水分子在涂层界面无富集现象（图4c），径向分布函数（RDF）证实疏水表面具有水排斥特性（图4b）。与亲水性DES对比，SiEP-SS/HDES的吸水率最低（1.24%），盐溶液中溶胀率仅为0.78%（图3i）。

　　图3 a) SiEP-SS/HDES涂层表面SEM；b) 截面SEM；c,d) 水浸24小时前后的3D光学轮廓仪图像；e,f) 水浸前后的AFM图像；g) 涂层接触角随时间变化；h) 不同涂层接触角对比；i) 吸水率对比。

　　图4 a) SiEP-SS/HDES吸水模拟的初/终态模型；b) 涂层-水界面的径向分布函数；c) 水分子沿Z轴的密度分布。

　　原位光学显微镜观测到：40 wt.% HDES涂层在空气、纯水及流动盐水（500 mL/min）中均于1小时内完全愈合裂纹（图6a,b）。XPS与拉曼光谱证实二硫键动态可逆（图7a,b），其峰值在愈合后重组（S-S键163.8/164.9 eV）。分子模拟表明，裂纹两侧在线纳秒内重新接近，氢键数量持续增长至动态平衡（图8）。HDES组分扩散系数达液体水平（百里香酚6.20×10⁻¹¹ m²/s），加速界面重建（图8d2）。

　　图7 a) 愈合前后的S2p XPS精细谱；b) 拉曼光谱；c) 自修复性能对比；d) 自修复机制示意图。

　　图8 a,b) 真空/水下环境中自修复模拟的初/终态模型；c1,d1) 裂纹区氢键数量演化；c2,d2) HDES组分的均方位移。

　　电化学阻抗谱（EIS）显示，原始涂层在0.01 Hz阻抗模量Z达3.16×10¹⁰ Ω·cm²，划伤后降至3.05×10⁴ Ω·cm²，而愈合后恢复至8.76×10⁹ Ω·cm²（图9a）。塔菲尔极化测试测得愈合后腐蚀电流密度仅1.19×10⁻¹¹ A/cm²（图9g）。盐雾实验（1000小时）证实，划伤后的SiEP-SS/HDES涂层无腐蚀扩展，显著优于对照组（图10）。