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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(hù)常用的石墨烯相比，除了都具有高的比表面積、優(yōu)良的力學(xué)性能、極好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性等特點(diǎn)外，Ti₃C₂T_x還擁有少層薄片制備周期短、表面端基對(duì)其力學(xué)性能影響小和與聚合物界面相容性好等優(yōu)勢(shì)。因此，這些優(yōu)勢(shì)使Ti₃C₂T_x具有極高的潛力應(yīng)用于涂料中發(fā)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(huán)氧樹(shù)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(huán)氧樹(shù)脂中的分散穩(wěn)定性及界面行為，從而進(jìn)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(wèn)題，為阻隔其與氧接觸，借助石墨烯對(duì)氧和水分子等優(yōu)異的阻隔效應(yīng)，構(gòu)筑了石墨烯包裹的Ti₃C₂T_x MXene復(fù)合抑制劑（Carbon 2020,157,217-233）;但隨著裝備服役環(huán)境與工況的極端化發(fā)展，在“力-化學(xué)”長(zhǎng)期耦合作用下，腐蝕介質(zhì)侵入到涂層與基體界面會(huì)形成原電池而加速腐蝕，為解決這一長(zhǎng)效防護(hù)的難題，采用表面改性技術(shù)（微弧氧化和滲氮工藝）構(gòu)筑了無(wú)機(jī)與有機(jī)協(xié)同防護(hù)體系，不僅解決了因形成原電池而加速腐蝕的問(wèn)題，而且顯著提升了涂層界面行為和協(xié)同防護(hù)功效（Corrosion Science, 2020, 174, 108813；Applied Surface Science, 2021, 536, 147974）。

  然而，隨機(jī)分布的Ti₃C₂T_x所形成的物理阻隔網(wǎng)絡(luò)對(duì)涂層防護(hù)功能遠(yuǎn)低于理論值，這其中至關(guān)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(jī)分布和平行分布�；诙S微納材料在涂層中的保護(hù)原理，當(dāng)Ti₃C₂T_x片垂直于涂層表面時(shí)，屏蔽效果消失，填料利用率為0%；當(dāng)Ti₃C₂T_x隨機(jī)分布時(shí)，填料利用效率為0 ~ 100%，且涂層內(nèi)部各位置屏蔽效果不均勻，防護(hù)效果低于理論模擬值；當(dāng)Ti₃C₂T_x平行于涂層表面分布（即垂直于腐蝕介質(zhì)擴(kuò)散方向）時(shí)，填料利用效率可達(dá)到100%，保護(hù)性能接近理論預(yù)測(cè)。

  近日，西南交通大學(xué)材料服役行為研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)表面功能化使Ti₃C₂T_x表面電荷由負(fù)向正轉(zhuǎn)變，隨后，將一定數(shù)量帶正電荷的Ti₃C₂T_x與陰極電泳環(huán)氧涂料混合，并施加直流電，從而利用電泳沉積技術(shù)將Ti₃C₂T_x定向排列到環(huán)氧涂層中形成平行排布陣列，此工藝實(shí)現(xiàn)了Ti₃C₂T_x的定向排列和良好的界面相互作用，使Ti₃C₂T_x發(fā)揮了最有效地防護(hù)功能，涂層具有優(yōu)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(fā)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(xué)博士生嚴(yán)涵、樊小強(qiáng)研究員，通訊作者為樊小強(qiáng)和朱旻昊教授。

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

圖2. f⁺-Ti₃C₂T_x片定向排列機(jī)理: (a) f⁺-Ti₃C₂T_x片在電場(chǎng)作用下遷移和旋轉(zhuǎn),           (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(jié)果：(a) Qc值隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)；(b) Rc值隨時(shí)間變化數(shù)據(jù).

圖5. 耐腐蝕機(jī)理: (a) pure EP; (b)填料隨機(jī)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

通訊作者簡(jiǎn)介：