金属是应用最为广泛且腐蚀问题较为突出的工程材料，表面具有亲水、氧化膜疏松、电化学不稳定等特点，在海洋环境条件下极易发生腐蚀和海洋生物附着，严重影响设备/设施的使用寿命、工作效率和运行安全。涂层防护法是提升金属使用寿命最重要、最经济、最高效的方法，能阻止水分、氧气和腐蚀介质直接接触碳钢表面，同时形成绝缘层，防止离子电流的流动，从而降低腐蚀速率。有机或其复合涂层防护效果好、生产和操作简便、成本低，是防腐涂层目前最常用的方法，如环氧树脂、聚氨酯、酚醛树脂等。然而，受树脂材料的亲水、扩散、粘附特性和涂覆工艺的影响，该类涂层普遍存在腐蚀介质易吸附、有针孔微裂纹、附着力不足、多道厚膜涂覆等问题。

  自1997年“荷叶效应”被发现及其“二元协同”自洁机制随后被揭示以来，能防止水滴粘附和水分渗透的超疏水材料一直是相关领域研究的前沿和热点之一，也为提升有机涂层防腐防污性能和使用寿命提出了新的研究思路。传统设计并制备的超疏水材料研究显示，斥液、耐蚀、防污等功能性和强度、韧性、界面附着力等力学性能似乎相互排斥。一方面，提升功能性需要降低表面固液接触面积，常通过构建精细微纳粗糙结构来实现，但受应力集中影响这些结构极易损伤断裂。另一方面，从化学角度来看，降低表面能有利于提升超疏水态热力学稳定性和化学惰性，但却也降低了材料自身及其与基底的化学键合强度。此外，为提升长期使用时机械外力和环境因素作用造成的表层失效，需要整体超疏水的微结构自相似体相材料，但往往疏松多孔强度低。

图1 界面强化涂层设计策略及微观结构

图2 界面强化涂层的机械与液态介质耐蚀稳定性

图3 界面强化涂层微观结构、气态介质耐蚀性和生物防污性

  如图3所示，得益于超疏水IS-Cells与树脂的良好相容性，使得界面强化涂层表面光滑且纵向致密。在气体腐蚀介质环境下，带有人造缺陷(2 × 100mm) 的薄涂层(约85μm)在历经2400小时的中性盐雾试验中，腐蚀介质始终难以通过损伤区域渗透。且IS-Cells表面接枝的含氟长链在天然浅海环境（青岛， 120°E, 36°N）中可以在90天内抑制海洋生物附着。额外的防污能力扩大了超疏水颗粒在海洋防腐中的应用。

  该项工作获得了国家自然科学基金委（52071076）的资助，相关成果以“Enhancing resistance to corrosion and fouling using epoxy coatings with superhydrophobic cells” 为题，近期发表在材料科学顶级期刊《Adv. Funct. Mater. 》。

  原文链接：

  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

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