【仪表网 研发快讯】近日，中国科学院海洋研究所海洋腐蚀污损与防控材料研究组在多功能防护涂层研究领域取得重要进展，成功开发出一种具有被动防冰、主动除冰与高效防腐多重功能的氮化钛(TiN)负载光热超疏水涂层，为解决极端海洋环境下设施设备的腐蚀与结冰问题提供了重要解决方案。相关研究成果发表在国际学术期刊Materials Today Physics(影响因子9.7)。
铝合金因其轻质、高强、导热性好等优点广泛应用于船舶制造、海上风电、航空航天等领域。然而，在高湿、高盐、低温等服役环境中，铝合金表面易发生腐蚀与结冰问题，严重影响设施装备的使用寿命与运行安全。传统防护涂层往往功能单一，无法同时应对腐蚀与结冰的双重挑战，因此亟须开发兼具多重防护功能的新型涂层材料。
TiN负载光热超疏水防腐防除冰功能涂层的研究摘要图
研究团队通过一步水相法合成聚多巴胺修饰的金属有机框架材料ZIF-8(ZIF-8@PDA)，再经硅烷改性构建了聚硅氧烷接枝的超疏水复合填料ZIF-8@PDA@PF-POS，随后将其与TiN颗粒共同引入环氧树脂中，利用喷涂技术在5052铝合金表面构建出具有多级微纳结构的光热超疏水复合涂层(ZIF-8@PDA@PF-POS@EP-TiN)。该涂层表现出卓越的综合性能，其水静态接触角和滚动角分别为153.1°和1.0°，具有很好的超疏水、自清洁和防污特性；在1.0太阳光强照射下，表面温度可在10 min内升至65.7℃，具有高效的光热转换能力；电化学测试结果表明，涂层防护后的表面电荷转移电阻较裸基材提高6个数量级，达到2.45×1010 Ω·cm2，展现出优异的耐腐蚀性能；涂层在防除冰性能方面表现突出，在-10℃和-20℃低温环境下涂层表面水滴结冰时间分别延长至裸基材的15.1倍和19.7倍，具有显著的被动延迟结冰能力。在模拟光照条件下，涂层表面可迅速吸热并将已冻结的水滴快速融化，在-10℃和-20℃下的融冰时间分别仅需393 s和766 s，展现出高效的主动光热融冰性能；在机械稳定性方面，该涂层经过240次砂纸磨损和160次胶带剥离测试后，仍保持其超疏水性，具备良好的耐磨性和附着力。此外，该涂层体系良好的基底适用性和成本优势使其能够在玻璃、木材、金属网等多种基材表面实现高效涂覆，具备很好的工程化应用前景。
该研究不仅为多功能一体化防护涂层的设计开发提供了新思路，也为高端海洋装备在极地、远海等极端环境下的可靠运行提供了关键材料基础。未来该技术有望应用于海上风电、船舶舰艇、航空航天关键部件、海洋平台等重要领域，提升我国装备设施的耐久性和环境适应性。
论文第一作者和通讯作者为中国科学院海洋研究所特聘研究员张斌斌，该研究得到了山东省重点人才工程和山东省优青项目的资助。
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