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  Ti₃C₂T_xMXene作為一種新型的二維層狀材料，與表界面保護常用的石墨烯相比，除了都具有高的比表面積、優良的力學性能、極好的導電和導熱性等特點外，Ti₃C₂T_x還擁有少層薄片制備周期短、表面端基對其力學性能影響小和與聚合物界面相容性好等優勢。因此，這些優勢使Ti₃C₂T_x具有極高的潛力應用于涂料中發揮防腐和耐磨等功能。

  前期工作表明，將少層Ti₃C₂T_x MXene作為水性環氧樹脂的填料，可顯著提升涂層的防腐耐磨性能（Progress in Organic Coatings 2019,135,156-167）；隨后，采用氨基化改性的Ti₃C₂T_x MXene納米片改善了其在水性環氧樹脂中的分散穩定性及界面行為，從而進一步提升涂層的防腐耐磨性能（Journal of Materials Science & Technology, 2020, 54 144-159）；但這其中，還存在Ti₃C₂T_x MXene易氧化的問題，為阻隔其與氧接觸，借助石墨烯對氧和水分子等優異的阻隔效應，構筑了石墨烯包裹的Ti₃C₂T_x MXene復合抑制劑（Carbon 2020,157,217-233）;但隨著裝備服役環境與工況的極端化發展，在“力-化學”長期耦合作用下，腐蝕介質侵入到涂層與基體界面會形成原電池而加速腐蝕，為解決這一長效防護的難題，采用表面改性技術（微弧氧化和滲氮工藝）構筑了無機與有機協同防護體系，不僅解決了因形成原電池而加速腐蝕的問題，而且顯著提升了涂層界面行為和協同防護功效（Corrosion Science, 2020, 174, 108813；Applied Surface Science, 2021, 536, 147974）。

  然而，隨機分布的Ti₃C₂T_x所形成的物理阻隔網絡對涂層防護功能遠低于理論值，這其中至關重要的是Ti₃C₂T_x納米片在涂層中的分布取向，Ti₃C₂T_x在涂層中的排列方式可以歸納為三種類型：垂直分布、隨機分布和平行分布。基于二維微納材料在涂層中的保護原理，當Ti₃C₂T_x片垂直于涂層表面時，屏蔽效果消失，填料利用率為0%；當Ti₃C₂T_x隨機分布時，填料利用效率為0 ~ 100%，且涂層內部各位置屏蔽效果不均勻，防護效果低于理論模擬值；當Ti₃C₂T_x平行于涂層表面分布（即垂直于腐蝕介質擴散方向）時，填料利用效率可達到100%，保護性能接近理論預測。

  近日，西南交通大學材料服役行為研究團隊通過表面功能化使Ti₃C₂T_x表面電荷由負向正轉變，隨后，將一定數量帶正電荷的Ti₃C₂T_x與陰極電泳環氧涂料混合，并施加直流電，從而利用電泳沉積技術將Ti₃C₂T_x定向排列到環氧涂層中形成平行排布陣列，此工藝實現了Ti₃C₂T_x的定向排列和良好的界面相互作用，使Ti₃C₂T_x發揮了最有效地防護功能，涂層具有優異的防腐耐磨性能。該文章近日以題為“Achieving parallelly-arranged Ti₃C₂T_x in epoxy coating for anti-corrosive/wear high-efficiency protection”發表在知名期刊Composite Part B：Engineering上。論文的第一作者為西南交通大學博士生嚴涵、樊小強研究員，通訊作者為樊小強和朱旻昊教授。

圖1. (a) Ti₃C₂T_x MXene表面功能化(f⁺-Ti₃C₂T_x)和(b)環氧復合涂層的制備流程圖

圖2. f⁺-Ti₃C₂T_x片定向排列機理: (a) f⁺-Ti₃C₂T_x片在電場作用下遷移和旋轉,           (b) f⁺-Ti₃C₂T_x片間的斥力

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

圖4. Qc和Rc擬合結果：(a) Qc值隨時間變化數據；(b) Rc值隨時間變化數據.

圖5. 耐腐蝕機理: (a) pure EP; (b)填料隨機排列的涂層和(c)填料平行排列的涂層

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109581

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