Ti₃C₂T_xMXene作为一种新型的二维层状材料，与表界面保护常用的石墨烯相比，除了都具有高的比表面积、优良的力学性能、极好的导电和导热性等特点外，Ti₃C₂T_x还拥有少层薄片制备周期短、表面端基对其力学性能影响小和与聚合物界面相容性好等优势。因此，这些优势使Ti₃C₂T_x具有极高的潜力应用于涂料中发挥防腐和耐磨等功能。

  前期工作表明，将少层Ti₃C₂T_x MXene作为水性环氧树脂的填料，可显著提升涂层的防腐耐磨性能（Progress in Organic Coatings 2019,135,156-167）；随后，采用氨基化改性的Ti₃C₂T_x MXene纳米片改善了其在水性环氧树脂中的分散稳定性及界面行为，从而进一步提升涂层的防腐耐磨性能（Journal of Materials Science & Technology, 2020, 54 144-159）；但这其中，还存在Ti₃C₂T_x MXene易氧化的问题，为阻隔其与氧接触，借助石墨烯对氧和水分子等优异的阻隔效应，构筑了石墨烯包裹的Ti₃C₂T_x MXene复合抑制剂（Carbon 2020,157,217-233）;但随着装备服役环境与工况的极端化发展，在“力-化学”长期耦合作用下，腐蚀介质侵入到涂层与基体界面会形成原电池而加速腐蚀，为解决这一长效防护的难题，采用表面改性技术（微弧氧化和渗氮工艺）构筑了无机与有机协同防护体系，不仅解决了因形成原电池而加速腐蚀的问题，而且显著提升了涂层界面行为和协同防护功效（Corrosion Science, 2020, 174, 108813；Applied Surface Science, 2021, 536, 147974）。

  然而，随机分布的Ti₃C₂T_x所形成的物理阻隔网络对涂层防护功能远低于理论值，这其中至关重要的是Ti₃C₂T_x纳米片在涂层中的分布取向，Ti₃C₂T_x在涂层中的排列方式可以归纳为三种类型：垂直分布、随机分布和平行分布。基于二维微纳材料在涂层中的保护原理，当Ti₃C₂T_x片垂直于涂层表面时，屏蔽效果消失，填料利用率为0%；当Ti₃C₂T_x随机分布时，填料利用效率为0 ~ 100%，且涂层内部各位置屏蔽效果不均匀，防护效果低于理论模拟值；当Ti₃C₂T_x平行于涂层表面分布（即垂直于腐蚀介质扩散方向）时，填料利用效率可达到100%，保护性能接近理论预测。

  近日，西南交通大学材料服役行为研究团队通过表面功能化使Ti₃C₂T_x表面电荷由负向正转变，随后，将一定数量带正电荷的Ti₃C₂T_x与阴极电泳环氧涂料混合，并施加直流电，从而利用电泳沉积技术将Ti₃C₂T_x定向排列到环氧涂层中形成平行排布阵列，此工艺实现了Ti₃C₂T_x的定向排列和良好的界面相互作用，使Ti₃C₂T_x发挥了最有效地防护功能，涂层具有优异的防腐耐磨性能。该文章近日以题为“Achieving parallelly-arranged Ti₃C₂T_x in epoxy coating for anti-corrosive/wear high-efficiency protection”发表在知名期刊Composite Part B：Engineering上。论文的第一作者为西南交通大学博士生严涵、樊小强研究员，通讯作者为樊小强和朱旻昊教授。

图1. (a) Ti₃C₂T_x MXene表面功能化(f⁺-Ti₃C₂T_x)和(b)环氧复合涂层的制备流程图

图2. f⁺-Ti₃C₂T_x片定向排列机理: (a) f⁺-Ti₃C₂T_x片在电场作用下迁移和旋转,           (b) f⁺-Ti₃C₂T_x片间的斥力

图3. 涂层在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡4周后，基底的表面形貌和EDS Mapping图像：(a₁-a₅) Pure EP, (b₁-b₅) NDA0.5, (c₁-c₅) NDA1, (d₁-d₅) DA0.5 and (e₁-e₅) DA1.

图4. Qc和Rc拟合结果：(a) Qc值随时间变化数据；(b) Rc值随时间变化数据.

图5. 耐腐蚀机理: (a) pure EP; (b)填料随机排列的涂层和(c)填料平行排列的涂层

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109581

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