新能源汽車領域的快速發(fā)展引發(fā)對輕量化、高強、高可靠的結構材料的迫切需求。鎂合金具有輕質高強的突出優(yōu)點，但其低腐蝕電位、高化學和電化學活性嚴重制約了鎂基材料在高濕熱沿海地區(qū)的實際應用。有機防腐涂層作為一種有效的防護措施，在長效服役期間不可免產(chǎn)生微損傷，腐蝕介質可迅速由缺陷處滲透并加速界面腐蝕，最終導致金屬結構失效。然而微尺度損傷在實際工程設備中極難被及時察覺，因此，針對涂層/金屬系統(tǒng)中局部損傷發(fā)展高效損傷預警技術是實現(xiàn)涂層損傷定位及有效維護首要要求。
2024年12月10日，相關工作以“Robust Damage-Sensing and Corrosion-Warning Polymeric Coatings: a New Approach to Visually Monitor the Degradation Dynamics of Coated Mg-Alloy”發(fā)表在《Small》上。
圖1展示了通過封裝CVL和PHP的兩種類型微膠囊的制備過程，并通過分別在底漆和面漆中摻入適量微膠囊構建分級自預警涂層。當頂部涂層在機械沖擊下形成微裂紋時，裂紋擴展尖端撕裂微膠囊釋放出CVL，涂層中SiO2納米球表面的-OH基團與CVL形成氫鍵相互作用導致內酯環(huán)開環(huán)形成藍色CVL+結構，在裂紋區(qū)域呈現(xiàn)出明顯的顏色變化以實現(xiàn)損傷感知功能。隨著損傷的不斷加深，局部合金基體直接暴露于腐蝕介質中，鎂合金的腐蝕產(chǎn)物中含有大量的Mg(OH)2并伴有局部的堿環(huán)境。因此，利用PHP分子對堿性環(huán)境的響應特性可有效實現(xiàn)早期腐蝕部位預警。
圖1 分級自預警涂層構建示意圖及作用機制
圖2 MCs1在機械應力作用下的顯色特性
圖3 破碎的MCs2在不同pH環(huán)境中的顯色特性
圖4 涂層損傷和界面腐蝕的可視化預警行為
以上研究得到國家自然科學基金（52401096，52201077）及山東省青創(chuàng)團隊項目（2023KJ308）支持。論文第一作者為青島科技大學程莉特聘副教授，通訊作者為程莉特聘副教授和劉成寶學術教授。山東科技大學張愛猛，青島科技大學曹蘭、鄧康清教授為論文共同作者。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202404038
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