2024-07-2673
目前金属及其合金的腐蚀作为工业领域的关键问题会造成巨大的经济损失以及安全和环境危害。有机涂层作为防腐的主要策略之一，可以提供强大的屏障，防止腐蚀性介质渗透。然而，在制造和应用过程中有机涂层容易受到机械攻击或环境退化引起损坏；一旦阻挡层损坏，腐蚀剂容易穿透涂层缺陷，会导致下层金属表面腐蚀。智能防腐涂层是自身能够感知和获取外界信息，继而改变自身的结构和性能以响应外界环境的变化（如热、光、磁场和pH值或腐蚀电位的变化）
，从而实现自调节、自适应、自修复等类似于生物的特殊功能的防腐涂层材料。开发新型智能防腐涂层，防止和减缓腐蚀，对建设节约环保型社会具有重要的意义。
在金属表面受到外界损伤后纳米智能防腐涂层可以自动修复，恢复原有的性能和功能。智能涂层防腐涂层有自主型智能和非自主型两种。自主型智能防腐涂层成本通常较高，具有自主感知、自动修复和自我保护功能。非自主型智能防腐涂层的应用技术较为成熟，常采用无毒、环保的材料制成，在外界的触发或者刺激下发挥智能功能，具有长效的防腐性能，可以在不同恶劣的环境下使用。非自主智能防腐涂料中含有特殊的官能团，能感知外界光、温度、或酸碱度等变化，并通过一系列物理、化学等反应来修复涂层。纳米智能防腐涂层有pH响应型、离子响应型、光和热响应型和腐蚀电位响应等不同的响应机制。
图1 智能防腐涂层主动保护机制
在不同金属表面有不同的纳米复合智能防腐涂层研究。
聚合物涂层广泛应用于碳钢的防腐，然而在长期暴露于腐蚀性介质时，很容易产生气孔和微米裂纹，腐蚀性物质渗入基体表面，从而导致涂层失效。开发自修复涂层可以提供物理屏障，在发生腐蚀时提供活性防腐性能。自修复涂层有表现物理屏障的有机涂层和装载有缓蚀剂分子的纳米容器。一旦腐蚀发生，纳米容器可以对环境变化（如 pH、机械感应、侵蚀性离子、腐蚀微区周围的光照射做出反应），释放预载缓蚀剂以阻止进一步腐蚀。因此，用于封装缓蚀剂的纳米容器的设计在制备自修复涂层中起着重要作用。
铝合金是继钢之后的第二大金属材料，各种合金化元素被添加到铝中以改善机械性能和热稳定性，但这容易形成异质结构。由富铝基体相和次级相之间的电势差引起的电偶相互作用，能引发局部腐蚀。基于铬酸盐转化涂层（CCCs）相同的理念设计的自修复防腐涂层能够对涂层内部缺陷提供自主响应，并通过各种化学或物理方法进行自我修复，从而保持涂层的完整性，恢复防腐功能，防止涂层快速失效。一旦腐蚀性物质穿透屏障防御并引发局部腐蚀，智能纳米容器将在腐蚀条件下自动响应环境变化并提供反馈以释放截留的腐蚀抑制剂，吸附在金属表面，从而阻止腐蚀的扩散。
金属表面纳米复合智能防腐涂层作为应用纳米技术和复合材料技术开发的新型防腐涂层，具有优异的防腐性能和智能功能。在未来的发展中，可以调整材料的成分和结构，以提高其耐腐蚀性、机械强度、耐磨性等方面的性能。可以通过添加特殊的纳米材料或响应性聚合物等实现自修复、自清洁和自感知功能等智能控制功能的增加，从而提高涂层的维护效果和寿命。利用自修复材料和技术，可以添加具有自修复功能的聚合物、微胶囊等材料设计金属表面纳米复合智能防腐涂层，从而使涂层能够自动修复受损的部分。利用纳米传感器或化学传感器等技术，可以使金属表面纳米复合智能防腐涂层能够感知和响应外部环境变化。传感器可以检测腐蚀性环境、溶液 pH 值或有害物质浓度等参数，然后根据传感信号调整涂层的化学组成或释放抗腐蚀活性物质。通过集成智能控制系统，如人工智能、物联网等技术，可以实现对金属表面纳米复合智能防腐涂层的远程监测和控制。通过与其它设备和系统的连接，可以实现更的功能，如远程报警、自动检测和保养等。随着环保意识的增强，纳米复合防腐涂层通过减少有害物质的使用、改进制备过程等手段也将更加注重环境的友好性。
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