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  長時間高能量紫外線輻照會引起樹脂涂層材料老化劣化，從而導致許多金屬/裝備嚴重腐蝕問題。強紫外線環境下傳統環氧樹脂（EP）涂層的耐老化、抗腐蝕性能較差。環氧涂層在室外暴露在紫外線及腐蝕介質的環境，環氧樹脂被高能量紫外線損傷產生自由基。環氧涂層的親水性增加，涂層內部材料逐漸損損傷、粉化，導致腐蝕介質貫穿滲透涂層，從而產生一系列老化、腐蝕失效行為。

  針對上述問題，天津大學汪懷遠教授等人利用了二維片層材料（如蒙脫土MMT）中插入的高價態鈰離子（M-Ce）以原位氧化氟苯胺（PFA）來形成PFA新材料，并設計制備納米雜交復合填料（PFAM-Ce）用來同時改善EP涂層的防腐和抗紫外線性能。復合涂層具有一定智能的抗紫外、光熱響應和優異防腐性能，在紫外線輻射下復合材料的力學性能保持良好。同時，PFAM-Ce復合填料在EP中表現出良好的分散性，這有利于降低涂料的孔隙率和增強其屏障能力。EIS研究表明PFAM-Ce/EP復合涂層具有出色的智能防護性能。復合涂層浸入3.5 wt.％NaCl溶液中90天，在低頻區的阻抗值（|Z|_{0.01 Hz}）保持高于10¹¹ Ω·cm²，這表明復合涂層具有長期抗腐蝕性能。在紫外線輻射和3.5 wt.％NaCl耦合環境浸泡后，涂層仍然很好地保護了鋼板，并且復合涂層的|Z|_{0.01 Hz}值比純EP涂層高約四個數量級。 

圖1. PFAM-Ce復合材料和PFAM-Ce涂層的合成制備圖

圖2. (a) MMT的SEM圖像; (b) PFA-Ce和 (c) PFA-APS ((b1)和(c1)中選定區域的放大視圖); EDX元素掃描結果 (d) PFAM-Ce和 (e) PFAM-APS

圖3. (a) PFAM-APS和 (b) PFAM-Ce的N 1s光譜; (c) 紫外光譜（插圖顯示更多細節）和 (d) 復合材料的拉曼測試

圖4. (a) 系統中的光穩定性示意圖; (b) 鈰離子還原的核外電子排布和 (c) 合成PFAM-Ce過程中2-氟苯胺氧化的化學結構

圖5. (a) 添加到DPPH中的PFAM-Ce的紫外吸收光譜; (b) DPPH反應機理圖及DPPH溶液中加入PFAM-Ce和AO1010的顏色變化; (c) DPPH溶液加入不同質量的PFAM-Ce (B) 和AO1010 (C) 后溶液的顏色變化

圖6. (a) 純EP的TG；(b) PFAM-Ce/EP; (c) 光熱轉換圖; (a1-a4) EP和PFAM-Ce/EP涂層在不同時間的紅外熱成像

圖7. (a1-a3) 8天; (b1-b3) 30天; (c1-c3) 90天的純EP、PFA-Ce/EP、M-Ce/EP、PFAM-APS/EP和PFAM-Ce/EP涂層的Nyquist和Bode圖

圖8. (a) 在室外環境中模擬樣品的示意圖; (b) 碳鋼表面的化學成分; (c) 紫外線暴露后EP涂層的化學變化; (d) PFAM-Ce復合材料的抗UV機制

  本論文進一步研究揭示了功能納米材料對復合涂層抗紫外防腐能力提升的作用機理。PFAM-Ce填料對金屬防護存在多重相互作用。高價鈰離子氧化2-氟苯胺，鈰離子的4f空軌道與氮的孤對電子成鍵，由于鈰離子具有高折射率，PFAM-Ce在UVB和UVC段內的吸光度被增強，且納米材料表現出優異的自由基清除能力。PFAM-Ce/EP復合涂層具有良好光熱轉變的能力，涂層被紫外輻射損傷的深度降低。此外，PFA可以促進碳鋼表面鈍化膜的形成，在基板表面上存在的Ce 、F元素對提升金屬基板的粘附力及陰極保護具有明顯影響，腐蝕被進一步阻止。此工作為制備高質量室外抗紫外型長效防腐涂料提供了一種新方法。

  相關研究成果以題“A smart composite coating with photothermal response, anti-UV and anti-corrosion properties”發表在Chemical Engineering Journal上。論文的第一作者為天津大學化工學院博士生孫悅，通訊作者為天大汪懷遠教授。

  全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138983