四校联手获突破！史上最耐磨超疏水涂层，抗3600小时盐水腐蚀！

金属腐蚀现象一直是制约社会发展的一个重大问题，每年因其造成的损失约占GDP的2%-4%，甚至会产生安全隐患。近年来，受自然界荷叶的启发，学者们利用仿生技术制备了一系列超疏水材料。由于其独特的微纳复合粗糙结构和低表面能物质，通过空气膜将腐蚀介质与材料表面隔开，在防腐领域具备极大潜力，但耐用性不足严重限制了超疏水涂层在防腐领域的应用。通过结构设计同时实现防腐与长效的超疏水涂层矛盾重重。一方面在超疏水涂层上引入粗糙结构虽可获得出色的疏液性，同样也会导致局部水汽渗透和涂层机械强度降低。另一方面降低涂层表面能虽有利于提高腐蚀介质吸附渗透和化学反应的能垒，但又会引入涂层附着力弱的问题。过去的数十年中，学者们进行了大量的尝试来解决这些挑战，却始终难以满足实际应用的要求。

针对上述问题，东南大学张友法教授团队联合香港理工大学王钻开教授、电子科技大学邓旭教授和上海交通大学李万博副教授设计了一种超疏水单元胞涂层，将结构稳定性和防腐高效性集于一身（图1）。相关成果以“Ultra-durable superhydrophobic cellular coatings”为题在线发表于《Nature Communications》，文章第一作者为东南大学顾万诚博士和上海交通大学李万博副教授。

图1. 单元胞涂层示意图

该超疏水单元胞涂层优异的机械稳定性与综合耐久性。与已报道的超疏水涂层相比，单元胞涂层的耐磨性和冲击韧性分别提高了30-100倍和120倍（图2a-e）。即使经过多种磨损、冲击、反复踩踏、胶带剥离、高压浸泡以及老化处理（例如化学腐蚀和高低温处理）后，单元胞涂层依然保持优异的超疏水性（图2f）。

图2. 单元胞涂层的长效性

值得注意的是，该单元胞涂层同时具备出色的防腐性能：(a) 防气相介质腐蚀。单元胞涂层对中性盐雾及其冷凝液滴具有很强的排斥性（图3a）。即使经受1200 h的中性盐雾腐蚀，其保护的金属基底也未出现任何腐蚀。(b) 防液相介质腐蚀：单元胞涂层对海水腐蚀具有显著的屏障效应。如图3b所示，在海水中浸泡超过3600 h后，单元胞涂层依然保持超高的阻抗（109-1010 Ω / cm2），相对于传统涂层，阻抗模值提升了四个数量级，且金属基底未发生任何腐蚀。

此外，单元胞涂层还具有优异的固相排斥性和强化传热作用，进一步拓展了其应用领域，有望对海洋、建筑和能源领域内超疏水防腐涂层的拓展应用产生深远影响。

文章链接

Wancheng Gu et al. Ultra-durable superhydrophobic cellular coatings. Nature Communications, 2023, 14: 5953.

https://www.nature.com/articles/s41467-023-41675-y

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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