有機高分子防護塗層是目前應用最廣泛、最有效的工程與裝備防腐策略之一。但在苛刻海洋環境長(cháng)效服役過(guò)程中，腐蝕性介質（如H₂O，O₂，Cl^-等）會對(duì)高分子塗層産生很強的滲透性，從而導緻塗層的界面(miàn)剝離并引發(fā)基材發(fā)生嚴重腐蝕。具有高縱橫比的二維片層納米填料，如石墨烯、氮化硼以及層狀雙氫氧化物等薄片，由于其優異的阻隔性能(néng)、良好(hǎo)的化學(xué)穩定性和抗氧化性能(néng)等，可以有效延長(cháng)腐蝕介質的擴散路徑并改善有機高分子塗層的抗滲透性以增強其長(cháng)效耐腐蝕性能(néng)。其中在二維片層材料改性新型重防腐塗層體系中，二維片層材料在高分子樹脂中的定向(xiàng)排布與優化調控問題一直是該領域急需突破的核心技術。

　　中國(guó)科學(xué)院海洋新材料與應用技術重點實驗室所屬海洋功能(néng)材料團隊通過(guò)調控石墨烯的排列取向(xiàng)并消除石墨烯電負性的影響，獲得了長(cháng)效耐蝕塗層。團隊利用多巴胺氧化自聚合和離子化反應獲得一種(zhǒng)新型陽離子石墨烯（DRGO⁺）納米片。由于石墨烯表面(miàn)包覆的多巴胺中的-NH³⁺存在，新型陽離子DRGO⁺納米片在水性環氧樹脂中具有優異的分散性，且在外加電場作用下能(néng)自對(duì)齊平行排列在有機塗層内（圖1）。這(zhè)種(zhǒng)層層排列的納米片能(néng)充分發(fā)揮石墨烯的阻隔作用極限，顯著延長(cháng)腐蝕介質擴散路徑，從而降低有機塗層的腐蝕速率。此外，新型陽離子DRGO⁺納米片表面(miàn)的-NH³⁺能(néng)吸附電子和Cl^-，切斷局部電偶腐蝕，在鋼表面(miàn)形成(chéng)緻密鈍化層（Chemical Engineering Journal, 2020, 389:124435）。另外，團隊通過(guò)多面(miàn)體低聚倍半矽氧烷（POSS）和低聚物改性石墨烯，制備了具有強疏水性、優異分散性和低電導率的納米片，抑制金屬基材腐蝕的同時，展現出優異的阻隔性能(néng)，從而獲得長(cháng)效耐磨耐蝕複合塗層（Chemical Engineering Journal, 2020, 383:123160；Corrosion Science, 2020, 168:108555）。

　　團隊還(hái)通過(guò)酸化震蕩和離子交換法成(chéng)功設計了一種(zhǒng)具有NO_2^-夾層的MgAl-NO₂層狀雙氫氧化物（LDH）二維納米片。LDH的主層壓闆表面(miàn)包含大量羟基，可以提高納米填料對(duì)有機樹脂的親和力。當將(jiāng)LDH納米片添加到塗層中時，其薄片結構能(néng)顯著提升有機塗層的阻隔性能(néng)。此外，LDH具有優異的離子交換能(néng)力，其層間NO_2^-通過(guò)靜電力與主層壓體連接，當腐蝕性Cl^-到達納米片表面(miàn)時可進(jìn)行離子交換并作爲Cl^-的儲存站，同時，負載的亞硝酸根離子被(bèi)釋放出來，鈍化金屬表面(miàn)（圖2）。結果表明，阻隔性能(néng)的提升和金屬表面(miàn)鈍化的協同作用顯著增強了有機高分子塗層的長(cháng)效耐蝕性能(néng)（Journal of Hazardous Materials, 2020, 391:122215）。

　　上述研究工作獲得了國(guó)家傑出青年科學(xué)基金、浙江省重點研發(fā)計劃等的資助。

圖1 (a) 新型陽離子DRGO⁺納米片制備過(guò)程示意圖；不同DRGO⁺含量塗層内部石墨烯排列分布圖：(b) 0.25%, (c) 0.5%, (d) 1.0%

圖2 LDH複合塗層腐蝕防護機制

　　（海洋材料實驗室 朱小波）