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華中大柳林教授團隊 ACS AMI：防腐防污功能一體化水凝膠改性鐵基非晶涂層

2023-03-06 來源：高分子科技

如何解決海洋生物污損和腐蝕問題是當前海洋工程領域亟待解決的重要難題。鐵基非晶涂層因其優異的耐蝕性能引起廣泛關注，但其基本不具備防污能力，限制其在海洋工程領域的應用。水凝膠因環保、成本低、防污性能優異等特點成為近年來最受矚目的防污材料。因此，有機結合非晶涂層的耐蝕性與水凝膠的防污性能將能實現涂層的防腐防污一體化。

最近，華中科技大學材料科學與工程學院非晶態材料研究室柳林教授團隊采用紋理化、表面羥基化和多巴胺中間層等界面工程策略，設計并制備了一種具有良好防污防腐性能的水凝膠改性非晶涂層（簡稱HAM涂層），并系統研究了其防腐防污性能與機制。

研究發現：經紋理化、表面羥基化和多巴胺中間層等界面工程策略，成功制備出水凝膠改性非晶涂層。通過界面工程，水凝膠涂層與非晶涂層之間的結合強度顯著提升，由0.06 MPa提升至0.79 MPa。而納米二氧化硅顆粒的加入則顯著提高了水凝膠涂層的機械強度和耐久性。

圖1 界面工程策略顯著提升水凝膠與鐵基非晶涂層的結合強度和機械性能

在實驗室和海洋現場環境測試中，HAM涂層均表現出優異的防污性能，對牛血清白蛋白的抗性為87%，對小新月菱形藻的附著抵抗達到99.8%，對貽貝的抗附著則達到100%。在東海進行為期30天的實海掛板測試，涂層表面沒有任何腐蝕和污染。HAM涂層優異的防污性能源自于殺菌劑釋放、水化層抗粘附、低模量易脫附的三位一體機制，從海洋生物污染生成的不同階段進行了全方位的抵抗附著，有著抗蛋白、抗藻類、抗菌的廣譜防污能力。同時，HAM涂層中的鐵基非晶涂層也提供了優異的防腐性能，使得HAM涂層達成防腐防污功能一體化，在海洋工業領域展現了巨大潛力。

圖2 水凝膠改性非晶復合涂層顯著降低細菌粘附率

圖3 水凝膠改性非晶復合涂層防腐防污功能一體化機制

相關論文以題為“Hydrogel anchored Fe-based amorphous coatings with integrated antifouling and anti-corrosion functionality”近期發表在ACS Applied Materials & Interfaces期刊上。論文第一作者為華中科技大學碩士生張靈瑜，通訊作者為華中科技大學張誠教授、柳林教授，合作者還包括巴基斯坦空間技術研究所的Yasir副教授、廈門大學馮丹青教授。該研究得到了國家重點研發計劃國際合作項目(No. 2021YFE0100600)，國家自然科學基金（51871102；92166130）和湖北省杰青項目（2020CFA086）等項目資助。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c00227

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（責任編輯：xu）

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