基于迷宫效应结构的PES/Al复合耐腐蚀涂层的制备与性能研究

为解决金属腐蚀防护中传统涂层性能不足的问题，研究人员开发了一种以聚醚砜(PES)为骨架、铝(Al)颗粒为功能填料的迷宫型复合涂层。通过系统研究Al填料比例(0–20 wt%)和粒径(6–15 μm)对涂层性能的影响，发现5% Al添加量的涂层机械性能最优，PES-7复合涂层在7天浸泡后电化学阻抗提升2–3个数量级至4.22×108 Ω cm2，且在酸碱环境中保持360小时高防护能力。该研究为恶劣环境下金属防护提供了新型有机-无机复合涂层解决方案。

　　

金属腐蚀如同无形的"慢性病"，每年给全球带来数万亿美元损失。传统环氧树脂、聚氨酯涂层在日益严苛的腐蚀环境中已力不从心，而单一聚合物涂层又存在溶剂挥发导致的微孔缺陷。如何构建兼具机械强度和长效防护的涂层体系，成为腐蚀防护领域的"卡脖子"难题。南京理工大学的研究团队独辟蹊径，将特种工程塑料聚醚砜(PES)与金属铝(Al)颗粒"联姻"，开发出具有迷宫效应结构的新型复合涂层，相关成果发表在《Materials》上。

研究采用机械搅拌-喷涂-热固化工艺制备涂层，通过交叉切割法、铅笔硬度测试评估机械性能，借助SEM观察微观形貌，并综合运用EIS、极化测试、循环盐雾实验等评价防腐性能。

3.1 复合涂层的机械性能
研究发现5% Al添加量使涂层附着力保持0级（最高等级），负向抗冲击性提升6倍至30 kg·cm。但过量Al（>15%）会形成沉积层导致性能下降，印证了"过犹不及"的材料学规律。

3.2 涂层的结构形貌
SEM显示纯PES涂层存在微米级孔隙（图4a），而Al填料能有效填补这些"防御漏洞"。EDS图谱证实Al元素均匀分布，形成连续防护网络，这与Di等报道的"迷宫效应"理论高度吻合。

3.3 涂层的吸水率
PES-7在24小时浸泡中吸水率最低，而PES-12展现最优的长期稳定性。有趣的是，15 μm大颗粒涂层的防护性能反而低于纯PES，说明填料尺寸存在"黄金分割点"。

3.5 EIS测试
电化学阻抗谱揭示PES-7的|Z|_0.01Hz值达8.63 lg(Ω cm²)，是纯PES的162%。等效电路拟合显示其涂层电阻R_c高达3.91×10⁸ Ω cm²，证实Al₂O₃钝化膜与聚合物基体的协同防护机制。

3.6 极化测试
Tafel曲线显示PES-7的腐蚀电位正移至-0.228 V（vs SCE），腐蚀电流密度低至3.37×10^-11 A/cm²，保护效率达99.99%，这些数据在防腐涂层领域堪称"教科书级"表现。

3.8 防腐机理分析
研究提出三重防护机制：Al填料物理堵塞孔隙、氧化铝化学钝化层形成、以及PES分子链的立体屏障作用。就像古代城池的"三道防线"，分别对应着"堵漏"、"筑墙"和"迷宫布阵"的防护策略。

这项研究不仅研制出性能优异的PES/Al复合涂层，更建立了"组成-结构-性能"的构效关系模型。就像为金属材料量身定制的"纳米铠甲"，该涂层在海洋工程、化工设备等领域具有广阔应用前景。特别值得注意的是，团队发现7 μm Al填料在短期防护中表现突出，而12 μm填料更适合长期服役，这种"因时制宜"的材料设计思路，为智能防腐涂层开发提供了新范式。