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  如何抑制金屬腐蝕以減少重大事故的發(fā)生或經(jīng)濟(jì)損失已成為工業(yè)領(lǐng)域一個亟待解決的問題。有機(jī)涂層已被引入作為保護(hù)金屬免受腐蝕的最有效策略。然而傳統(tǒng)有機(jī)涂層只能夠提供被動的屏障保護(hù)，且其在固化過程中由于溶劑揮發(fā)會產(chǎn)生微孔和缺陷，從而使得涂層無法提供長期的保護(hù)。目前，向聚合物基質(zhì)中摻入各種填料，如氧化石墨烯、玻璃鱗片和六方氮化硼等，是增強(qiáng)涂層耐腐蝕性能的一種有效方法。然而，二維材料的分散性差、成本高、難以保障毫無缺陷的問題限制了其大規(guī)模應(yīng)用。另外，一旦涂層的完整性遭到破壞便會明顯降低涂層的保護(hù)能力，成為影響涂層耐久性的棘手問題。而且，破損的涂層進(jìn)行更換和修復(fù)需要耗費大量的時間和成本。因此，設(shè)計多功能填料以制備被動和主動功能兼具的防腐涂層具有重要意義。

  基于上述研發(fā)需求，天津大學(xué)汪懷遠(yuǎn)教授團(tuán)隊通過引入具有優(yōu)良屏蔽性能的玄武巖鱗片并采用聚多巴胺進(jìn)行改性以提供層狀雙氫氧化物（LDHs）生長位點的策略來模仿LDHs膜在金屬基底的生長。這種新穎的策略不僅避免了LDHs之間的堆積，而且打破了玄武巖鱗片原有的表面惰性，充分發(fā)揮填料對涂層防腐性能的增強(qiáng)。

  為了探究Bt@PDA@LM填料的緩蝕作用，對在不同溶液中浸泡24 h后的碳鋼進(jìn)行動電位極化分析。結(jié)果表明與浸泡在純3.5 wt.% NaCl溶液中的碳鋼相比，Bt@PDA@LM的引入使得腐蝕電流密度由1.18×10^-5 A/cm²下降至2.05×10^-6 A/cm²，計算的腐蝕抑制效率達(dá)82.63%，表明合成的Bt@PDA@LM對碳鋼具有高效的緩蝕作用。另外，通過EIS測試將帶有人工劃痕的Bt@PDA@LM/EP涂層和EP涂層的結(jié)果進(jìn)行比較以驗證Bt@PDA@LM/EP涂層的腐蝕抑制能力。結(jié)果顯示帶有劃痕的Bt@PDA@LM/EP涂層在浸泡期間的低頻阻抗值出現(xiàn)明顯的上升趨勢，且始終高于劃痕EP涂層，證實了所制備涂層具有自修復(fù)性能。

  此外，電化學(xué)測試結(jié)果表明，Bt@PDA@LM/EP涂層在3.5 wt.％NaCl溶液浸泡120天后低頻阻抗值約為純EP涂層的660倍，浸泡320天后低頻阻抗值仍高達(dá)7.0×10¹⁰ ohm·cm²，僅下降了0.4個數(shù)量級左右，展現(xiàn)出卓越的腐蝕防護(hù)性能。因此，這項工作為開發(fā)高效、多功能的防腐材料提供了新的思路和方法。

  Bt@PDA@LM/EP涂層的腐蝕保護(hù)機(jī)理展示在圖3中。在初期浸泡階段，完整的涂層相當(dāng)于一個保護(hù)層，有效的防止了腐蝕介質(zhì)的滲透；而隨著浸泡時間的延長，腐蝕介質(zhì)將會沿著涂層固有的缺陷及孔洞逐漸滲透，此時LDH改性后的玄武巖與EP基質(zhì)相容性良好，將會更好的發(fā)揮其屏蔽性能，延長腐蝕介質(zhì)的滲透路徑，從而大大提高涂層的抗?jié)B性；此外，在侵略性離子氯離子滲透的過程中，LDH對其具有一定的捕獲作用，使得游離氯的含量降低，進(jìn)一步提高了涂層的防腐蝕性能。與此同時，LDH基于陰離子交換能力釋放緩蝕劑鉬酸根，當(dāng)金屬/涂層界面發(fā)生腐蝕化學(xué)反應(yīng)時，鉬酸根可表現(xiàn)出積極的腐蝕抑制作用，抑制金屬的劣化過程，表現(xiàn)出積極的自修復(fù)功能。因此，基于設(shè)計的 Bt@PDA@LM填料可以構(gòu)建出具有優(yōu)異阻隔性、氯化物捕集效果和緩蝕性的高性能防護(hù)功能涂層。

  上述研究成果發(fā)表在國際權(quán)威期刊Chemical Engineering Journal上，論文的第一作者為天津大學(xué)化工學(xué)院碩士生張萌和博士生徐飛，通訊作者為天津大學(xué)化工學(xué)院汪懷遠(yuǎn)教授。