2024-08-1695
传统的防腐涂层主要发挥物理屏蔽功能，以防止外界腐蚀介质与金属基材的直接接触。如今，随着对涂层长期服役能力和功能性的需求，智能涂层逐渐成为防腐涂层研究的一个重点领域。智能涂层的智能性主要体现在可以对环境因素变化作出可识别的响应。这种响应需要来自外部环境的触发，触发因素包括特定离子、pH、机械损伤、温度等。将智能响应机制引进涂层的设计，可以根据外界环境变化，实现耐腐蚀、自修复、自预警、抑菌、耐磨等等自主响应功能，从而形成主动的防腐策略。目前对于这类智能防腐涂层的研究主要集中在单一功能智能化，即对某一特定的物理或化学变化产生单信号响应，实现单一功能。然而随着工程实际对防腐涂层的需求日益提高，单一功能的涂层已经难以满足需求，因此多功能智能涂层成为近些年新兴的研究热点。
目前大部分直接添加功能物质的方法只能满足自预警或自修复中的一种功能。直接添加功能性物质用于防腐涂层简单易行，但不易实现有效控制释放，防护周期短，且添加量增多时容易使涂层产生弊病。为了扩充负载容量，实现更优异、持久的主动防护和预警功能，微/纳米容器作为防腐涂层中的重要功能填料逐渐受到研究者的重视。微/纳米容器是指具有微米或纳米尺度的结构，能够负载、贮存和释放各种功能性客体的载体。这类结构有序的功能材料可以对环境变化中一种或几种刺激做出反应，并快速给出反馈。利用表面功能化、超分子作用以及包覆技术，功能性客体预先被封装进容器里，然后分散在涂层中。当外部环境发生改变时（光热、机械破损、pH变化等），触发微/纳米容器产生响应，释放出封装的功能性客体，实现涂层的自预警和自修复功能。这种设计有效避免了功能性客体从涂层中溢出，破坏涂层完整性，进而保证涂层的长期耐腐蚀性。根据微/纳米容器结构和形貌的复杂程度，将微/纳米容器分为单一结构和多级结构，前者为组成均一的简单粒子或微球，后者为形貌较复杂，具有多级尺度或异质结构的粒子。
除此之外，还有智能响应型，智能响应聚合物又称刺激响应聚合物，是指一类可以根据环境变化发生结构与性能响应的聚合物材料，收到外界物理或化学刺激时，可将环境信号转换为光信号、电信号或机械信号等。制备智能响应聚合物涂层，主要是通过分子设计，将具有自修复、自预警或者其他功能的基团连接在聚合物分子骨架，从而实现智能化。具有自修复或自预警功能的智能响应聚合物已屡见报道。其中，聚合物基体材料主要借助聚合物内部和聚合物之间的范德华键、氢键等弱相互作用力实现修复。通常，聚合物涂层受到腐蚀后，发生弱键断裂、链段运动、二次交联以实现自修复的功能。而自预警功能的实现则是通过引入荧光物质，或是能够与金属基体结合产生荧光、显色现象的物质，以便使用者在金属基体受损后能及时发现并采取措施。在此基础上，自预警自修复双功能的智能涂层正是对这2种功能进行结合，从而实现更高效、长期、灵敏的腐蚀防护。
自预警自修复双功能智能涂层已经逐渐成为智能涂层研究的一个重要领域。可以发现，在这类智能涂层的构建过程中，采用微/纳米容器是最为普遍和有效的方法。然而，目前对于自预警自修复双功能智能涂层的研究还处于起步阶段，虽然近年来相关报道日渐丰富，但依旧存在一些突出的问题有待解决，例如单一结构微/纳米容器的低负载率、较差的涂层相容性；多级结构微/纳米容器与智能响应聚合物设计制备的复杂性、不易调控等问题制约了这类智能涂层的发展。此外，目前此类研究预警剂的选择范围小，具体涉及的预警剂种类和预警机制多样性仍然非常有限，难以满足各种复杂条件下智能防腐涂层的使用要求。适用于很多轻金属基体材料如镁、铝合金等智能预警涂层的报道仍然十分缺乏。上述问题的解决对于未来开发此类多功能的智能涂层具有重要意义。从单一功能智能涂层出发，通过纳米容器或智能响应聚合物的有序组合，有望构建智能化程度更高的双功能智能涂层。这对推动其在自预警自修复双功能涂层中的实际应用和推广具有重要意义。
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