聚多巴胺-氧化锌纳米复合材料增强环氧-铝涂层耐腐蚀性能的协同机制研究

针对传统环氧(EP)涂层在腐蚀环境中保护性能不足的问题，研究人员通过将聚多巴胺(PDA)与氧化锌(ZnO NPs)复合制备PD-Z/EP涂层。电化学测试显示，该涂层在3.5 wt% NaCl溶液中腐蚀电流密度(Icorr)降低33%，阻抗模量(|Z|0.01 Hz)提升17倍，实现了疏水性与腐蚀抑制的协同增强，为铝基材料防护提供了新策略。

　　

铝材在工业应用中面临严峻的腐蚀挑战，其表面自然形成的氧化铝(Al₂O₃)层会削弱环氧(EP)涂层的附着力。虽然磷酸预处理能改善结合力，但环境友好性差。氧化锌(ZnO)因其独特的物理化学性质被视为理想防护材料，但单独使用时环境稳定性不足。聚多巴胺(PDA)凭借儿茶酚/胺基团的强粘附特性，能与金属氧化物协同增强性能，但长期耐久性仍是瓶颈。

马来西亚彭亨大学的研究团队创新性地将PDA与ZnO纳米颗粒复合，开发出PD-Z/EP多功能涂层。通过溶胶-凝胶法制备ZnO NPs，并利用多巴胺自聚合在其表面构建PDA包覆层。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)证实Zn-O键的红移现象，表明PDA成功修饰ZnO表面。电化学测试显示，经过3天3.5 wt% NaCl溶液浸泡后，PD-Z/EP涂层的腐蚀电流密度从纯EP的249.4 nA·cm^?2降至167 nA·cm^?2，腐蚀速率从0.004 mm·y^?1锐减至0.0002 mm·y^?1。电化学阻抗谱(EIS)更揭示其低频阻抗模量(|Z|_0.01 Hz)提升至1.2114×10⁶ Ω·cm²，较对照组提高17倍。

结构表征
FT-IR光谱在415-480 cm^?1处检测到Zn-O特征峰，而PD-Z复合材料在795-1100 cm^?1出现宽峰，证实PDA引起ZnO晶格畸变。X射线衍射(XRD)显示PDA使ZnO结晶度提高，晶粒尺寸减小至纳米级。

疏水性能
接触角测试表明PD-Z/EP涂层实现超疏水性，归因于PDA的苯环结构增强表面粗糙度，而ZnO纳米结构构建微纳分级表面。

腐蚀机制
协同效应体现在三方面：(1)PDA的儿茶酚基团螯合Cl^?离子；(2)ZnO与Al基体形成钝化膜；(3)纳米复合结构延长腐蚀介质扩散路径。

该研究通过仿生策略将生物聚合物与金属氧化物优势互补，不仅解决了EP涂层对铝基材附着力差的行业难题，更开创了环境友好型防护涂层新方向。PD-Z复合材料的设计思路可拓展至其他金属防护体系，为海洋工程、石油化工等严苛环境下的设备保护提供技术储备。论文发表于《Chinese Journal of Chemical Engineering》，获马来西亚高等教育部基金(RDU210141)支持。