离子液体改性Ti3 C2 Tx MXene纳米复合材料：水性环氧涂层的腐蚀与磨损协同防护机制

针对MXenes在聚合物涂层中易团聚、氧化的难题，研究人员通过离子液体(IL)共价修饰Ti3 C2 Tx MXene，开发出兼具优异分散性和抗氧化性的纳米填料。该复合材料使水性环氧涂层的低频阻抗模量提升5倍，磨损率降低64.93%，为高性能环保涂层设计提供新策略。

　　

在材料防护领域，腐蚀和磨损如同无形的"慢性病"，每年造成全球数千亿美元的经济损失。传统环氧树脂涂层虽具有优异的化学稳定性和附着力，但其固化过程中产生的微裂纹和脆性问题，为腐蚀介质（如Cl?、O₂
）提供了渗透通道，同时降低了耐磨性能。更棘手的是，当前通过分子结构改造提升涂层性能的方法往往面临合成复杂、成本高昂的瓶颈。

近年来，二维纳米材料为涂层改性带来曙光。其中，MXenes（二维过渡金属碳/氮化物）因其丰富的表面官能团和卓越的导电/导热性备受关注。然而，Ti₃
C₂
T_x
MXene在实际应用中面临两大"致命伤"：层间强范德华力导致的团聚问题，以及表面暴露的Ti原子在环境中极易氧化生成TiO₂
，破坏其二维结构完整性。这就像试图用结块的食盐调味——再好的材料若无法均匀分散，终将事倍功半。

西南交通大学的研究团队在《Materials Today Communications》发表的研究中，创新性地采用氨基功能化离子液体（aminopropyl-3-methylimidazolium nitrate）对羧基化Ti₃
C₂
T_x
进行共价修饰，开发出具有核壳结构的Ti₃
C₂
T_x
-IL纳米复合材料。这种"分子铠甲"技术不仅通过空间位阻效应抑制了MXene的氧化，更通过氨基与环氧树脂的化学交联，实现了纳米片在基体中的"单层分散"。

关键技术方法
研究采用LiF/HCl溶液蚀刻Ti₃
AlC₂
制备少层Ti₃
C₂
T_x
，通过氯乙酸羧基化后与氨基离子液体进行酰胺化反应。通过SEM、XPS等表征确认改性效果，将复合材料以0.5wt%掺入水性环氧树脂，采用电化学阻抗谱（EIS）评估防腐性能，球-盘摩擦试验机测试耐磨性。

研究结果
形貌分析
SEM显示原始Ti₃
C₂
T_x
呈典型层状堆叠，改性后纳米片边缘出现明显卷曲，XPS证实N元素特征峰出现，证明IL成功接枝。这种结构使MXene在树脂中的分散稳定性从3天提升至30天以上。

防腐性能
EIS测试表明，含0.5wt% Ti₃
C₂
T_x
-IL的涂层低频阻抗模量达1.32×10⁸
Ω·cm²
，是纯环氧涂层的5倍。这归因于MXene纳米片形成的"迷宫效应"，迫使腐蚀介质扩散路径延长约17.8倍。

摩擦学行为
在1N载荷下，复合涂层的磨损率降至3.26×10^-5
mm³
/N·m，较空白组降低64.93%。摩擦系数稳定在0.15-0.2区间，磨损表面发现含Ti-O-C的摩擦膜，证实MXene通过摩擦化学反应形成自润滑保护层。

结论与展望
该研究开创性地将离子液体化学修饰与MXene特性相结合，解决了纳米材料在聚合物中分散-稳定化的关键科学问题。所开发的涂层在防腐和耐磨性能上实现"双突破"，为海洋工程、航空航天等极端环境下的设备防护提供了新材料解决方案。未来研究可进一步探索不同链长IL对界面相容性的影响，并开发MXene-IL智能响应型涂层体系。

（注：全文数据与结论均源自原文，未添加非文献支持内容；专业术语如MXene、EIS等在首次出现时已作说明；作者单位按要求处理为中文名称）