【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院海洋研究所海洋腐蝕污損與防控材料研究組在多功能防護涂層研究領域取得重要進展，成功開發出一種具有被動防冰、主動除冰與高效防腐多重功能的氮化鈦(TiN)負載光熱超疏水涂層，為解決極端海洋環境下設施設備的腐蝕與結冰問題提供了重要解決方案。相關研究成果發表在國際學術期刊Materials Today Physics(影響因子9.7)。
鋁合金因其輕質、高強、導熱性好等優點廣泛應用于船舶制造、海上風電、航空航天等領域。然而，在高濕、高鹽、低溫等服役環境中，鋁合金表面易發生腐蝕與結冰問題，嚴重影響設施裝備的使用壽命與運行安全。傳統防護涂層往往功能單一，無法同時應對腐蝕與結冰的雙重挑戰，因此亟須開發兼具多重防護功能的新型涂層材料。
TiN負載光熱超疏水防腐防除冰功能涂層的研究摘要圖
研究團隊通過一步水相法合成聚多巴胺修飾的金屬有機框架材料ZIF-8(ZIF-8@PDA)，再經硅烷改性構建了聚硅氧烷接枝的超疏水復合填料ZIF-8@PDA@PF-POS，隨后將其與TiN顆粒共同引入環氧樹脂中，利用噴涂技術在5052鋁合金表面構建出具有多級微納結構的光熱超疏水復合涂層(ZIF-8@PDA@PF-POS@EP-TiN)。該涂層表現出卓越的綜合性能，其水靜態接觸角和滾動角分別為153.1°和1.0°，具有很好的超疏水、自清潔和防污特性；在1.0太陽光強照射下，表面溫度可在10 min內升至65.7℃，具有高效的光熱轉換能力；電化學測試結果表明，涂層防護后的表面電荷轉移電阻較裸基材提高6個數量級，達到2.45×1010 Ω·cm2，展現出優異的耐腐蝕性能；涂層在防除冰性能方面表現突出，在-10℃和-20℃低溫環境下涂層表面水滴結冰時間分別延長至裸基材的15.1倍和19.7倍，具有顯著的被動延遲結冰能力。在模擬光照條件下，涂層表面可迅速吸熱并將已凍結的水滴快速融化，在-10℃和-20℃下的融冰時間分別僅需393 s和766 s，展現出高效的主動光熱融冰性能；在機械穩定性方面，該涂層經過240次砂紙磨損和160次膠帶剝離測試后，仍保持其超疏水性，具備良好的耐磨性和附著力。此外，該涂層體系良好的基底適用性和成本優勢使其能夠在玻璃、木材、金屬網等多種基材表面實現高效涂覆，具備很好的工程化應用前景。
該研究不僅為多功能一體化防護涂層的設計開發提供了新思路，也為高端海洋裝備在極地、遠海等極端環境下的可靠運行提供了關鍵材料基礎。未來該技術有望應用于海上風電、船舶艦艇、航空航天關鍵部件、海洋平臺等重要領域，提升我國裝備設施的耐久性和環境適應性。
論文第一作者和通訊作者為中國科學院海洋研究所特聘研究員張斌斌，該研究得到了山東省重點人才工程和山東省優青項目的資助。
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