综述：硬脂酸增强疏水性SiO2 -MnO2 /聚乙烯涂层的合成与表征及其缓蚀性能研究

本文推荐一种通过一步水热法合成的硬脂酸（SA）增强疏水性SiO2 -MnO2 /聚乙烯（PE）复合涂层，其最佳工艺条件为130°C水热温度与5分钟SA浸渍，在1% NaCl腐蚀环境中展现出最低衰减率（0.019°/天）和腐蚀速率（0.11 mm/年），揭示了涂层厚度与稳定性对长效防护的关键作用。

　　

Abstract
腐蚀作为工业领域重大难题，每年造成巨额经济损失。本研究通过一步水热法（110-140°C）开发了硬脂酸增强的SiO₂
-MnO₂
/PE疏水涂层，经X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和傅里叶红外光谱（FTIR）表征发现：130°C合成的涂层初始接触角达138.4°，而1分钟SA浸渍后提升至141.15°，但5分钟浸渍样品虽接触角降至133.4°，却展现出最优异的稳定性（腐蚀速率0.11 mm/年）。研究颠覆了传统追求超高初始疏水性的思路，证明涂层厚度与结构致密性对长效防护更具决定性。

1. Introduction
腐蚀在海洋工程、能源设施等领域引发结构性失效与安全隐患，现有有机涂层（如PDMS、PE）虽成本低廉但机械稳定性不足，无机SiO₂
涂层易开裂剥落。本研究创新性地将SiO₂
的疏水性、MnO₂
的机械强度与硬脂酸的羧基（-COOH）特性结合，其长链脂肪酸（C₁₈
H₃₆
O₂
）能与Fe^2+/3+
形成疏水性硬脂酸盐，实现"双疏"防护。水热法精准调控的微纳结构克服了传统涂层在真实海洋环境中的失效难题。

2. Materials and methods
采用高能球磨制备SiO₂
（5小时）和MnO₂
（20小时）纳米颗粒，通过磁力搅拌（125°C）将PE溶解于二甲苯后加入TEOS及纳米粉体。碳钢基板经乙醇超声清洗后，在高压釜中110-140°C水热反应2小时形成涂层，随后进行0.5-5分钟SA溶液浸渍。接触角测量采用DSLR相机捕捉0.01 mL水滴形态，Image-J软件分析；腐蚀测试通过7天1% NaCl浸泡后的质量损失计算腐蚀速率（CR=8.76×10⁴
×Δm/ADT）。

3. Results and discussion
SEM显示未涂层铁板表面粗糙不均（图1a-b），而SiO₂
-MnO₂
/PE涂层呈现均匀致密结构（图1c-d）。温度梯度实验发现130°C时接触角峰值138.10°（图2c），归因于纳米级粗糙度提升，但140°C时颗粒聚集导致角度回落（图2d）。FTIR证实SA的-COOH特征峰（1703 cm^-1
）与PE的C-H伸缩振动（2910-2800 cm^-1
）共存（图3），且5分钟浸渍后Si-O峰消失，暗示SA对SiO₂
表面的化学修饰。

关键发现在于：1分钟SA浸渍样品虽具最高初始接触角（141.15°），但因薄层结构在NaCl中快速降解（衰减率0.022°/天）；而5分钟样品通过形成176.61 nm的聚集颗粒（图4c），构建更厚防护层，使腐蚀速率降低31%（0.11 vs 0.16 mm/年）。这符合Cassie-Baxter模型——表面微结构中的气穴能阻断电解液渗透，但过度粗糙（如1分钟样品）反而加速Cl^-
侵蚀。

4. Conclusion
硬脂酸浸渍时间通过调控SiO₂
-MnO₂
/PE涂层的厚度与晶粒尺寸（32.70-41.46 nm），实现腐蚀防护性能的精准优化。工业应用中应优先选择5分钟SA处理的"厚层策略"，其0.019°/天的衰减率显著优于追求超高初始接触角的传统方案。未来研究可探索SA与其他脂肪酸的复配，或引入石墨烯等二维材料进一步增强涂层韧性。