FCSE | 前沿研究：由太陽光驅動嘅「自修復」防腐塗層

發佈時間：

2025-06-07

金屬材料直接暴露喺空氣、水或其他腐蝕性介質之中，容易因各種物理化學作用而受損，造成大量資源浪費同環境問題。喺表面施加保護塗層，可以將金屬基體同周圍嘅環境介質隔離，有效減緩腐蝕作用。

金屬材料直接暴露喺空氣、水或其他腐蝕性介質之中，容易因各種物理化學作用而損壞，造成大量資源浪費同環境問題。喺表面施加保護塗層，可以將金屬基體同周邊環境介質隔開，有效減慢腐蝕。塗層嘅緻密性同耐腐蝕性，係決定最終防護效果嘅兩個關鍵因素。同搪瓷、陶瓷等無機塗層相比，有機塗層來源廣泛、耐腐蝕性良好，亦較容易喺金屬表面形成緻密覆蓋層，所以應用廣泛。不過，有一點唔可以忽略：有機塗層喺各種自然環境下，表面好容易形成微裂紋，令水同其他腐蝕性介質滲入，因而失去保護作用。

為咗解決呢個問題，中山大學林志峰同李衛華嘅科研團隊製備咗一種含Fe3O4納米顆粒同十四烷醇嘅環氧樹脂塗層（厚度約200 μm），喺陽光下表現出良好嘅自癒能力，可以保護底層碳鋼免受侵蝕。

自修復塗層（SHC）係一種新型塗層，由首次報道到而家只有20年。佢可以修復自身嘅微裂紋或損傷，形成物理屏障，從而有效延長預期使用壽命。目前已發現幾種製備自修復塗層嘅方法，包括添加外來修復劑/腐蝕抑制劑、利用聚合物樹脂本身嘅動態鍵合，以及使用熱塑性/形狀記憶材料等。不過，呢啲方法往往要配合紫外線照射或者高溫，先可以誘發相關化學反應。因此，迫切需要開發喺溫和條件下就可以自行修復嘅塗層。

研究人員發現，喺Fe3O4納米顆粒嘅光熱作用下，製備嘅自修復塗層喺模擬光照僅需200 s嘅時間內即可升溫至70 °C，足以使十四醇熔化流動填充表面缺陷，3分鐘內塗層表面嘅穿孔和劃痕就迅速得到咗修復。而塗層嘅潤濕性可以通過十四烷醇嘅加入比例進行調控，其表面帶有嘅豐富羥基使得塗層表面更親水。佢哋仲進一步喺真實室外光照下驗證咗自修復塗層嘅自癒效果，結果表明喺93 s內其表面嘅劃痕即可成功修復。無論修復前後，呢種新型塗層嘅防腐蝕效率都保持喺99%以上，並且可以有效防止O2、H2O和Cl–嘅滲透，即使喺3.5 wt% NaCl溶液中浸泡168小時後，仍顯示出良好嘅穩定性和防護特性。

呢種由太陽光驅動嘅新型“自修復”防腐塗層材料，製備方法簡單，毋須額外提供人工條件，而且防滲、防腐性能可以媲美商用塗層，有望大規模生產，並應用喺各種工程防護領域。

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