光热加速自修复聚(氨酯-脲)涂层：介孔聚多巴胺修饰MXene增强的智能防腐新策略

针对海洋设施防腐涂层修复效率低下的难题，研究人员开发了由介孔聚多巴胺修饰Ti3C2Tx MXene（MPDA/Ti3C2Tx）强化的聚(氨酯-脲)（PU）涂层。通过氢键/二硫键动态网络和光热转化效应，实现5分钟近红外（NIR）照射下94.33%的快速自修复效率，并在模拟海水中保持47天稳定性，为海洋环境长效防腐提供创新解决方案。

　　

海洋环境对金属设施的腐蚀每年造成全球25%-33%钢材损毁，传统防腐涂层因机械损伤后修复缓慢，导致腐蚀介质快速渗透。尽管自修复涂层能主动修复损伤，但室温修复需数十小时，难以遏制腐蚀扩散。更棘手的是，现有光热转换填料如碳纳米管等难以兼顾机械增强与快速修复需求。

针对这一瓶颈，国内研究人员设计出具有分级界面作用的MPDA/Ti₃C₂T_x增强PU涂层。通过分子动力学模拟证实，介孔PDA与PU链的微观氢键作用（结合能达16%），以及MXene纳米片的宏观物理锚定，形成双重增强机制。引入芳香二硫键（2S）和脲基（D230）构建动态网络，使材料在室温即具自愈性。而MXene的局域表面等离子共振效应与PDA的协同作用，赋予涂层8.04°C/s的升温速率，实现NIR照射5分钟94.33%的修复效率，较室温修复提速300倍。

研究采用三步聚合法合成PU预聚体，通过核磁共振（¹H NMR）验证结构；软模板法制备介孔PDA；氢氟酸蚀刻获得单层Ti₃C₂T_x并通过X射线衍射（XRD）表征晶体结构；变温红外光谱（VTIR）追踪氢键动态变化；电化学阻抗谱（EIS）评估47天防腐性能。

3.1 材料表征
SAXS分析显示PU呈非晶态，DMA检测到12.61-17.40°C的玻璃化转变温度，表明分子链在室温已具活动性。MPDA/Ti₃C₂T_x的XPS谱图中N 1s峰（399.62 eV）证实PDA成功修饰，TEM显示2-5 nm介孔均匀分布。

3.2 力学性能
0.5 wt%填料使PU拉伸强度达23.11 MPa，韧性66.83 MJ/m³。0.32 g涂层可承载5 kg重量（15,000倍自重），SEM显示裂纹路径因MXene屏障作用从直线变为曲折扩展。

3.3 光热自愈机制
808 nm激光使涂层128.7°C局部升温，触发二硫键交换（S-S）和氢键重组。VTIR显示1700 cm^-1处自由C=O峰随温度升高而增强，证实动态键解离。修复后涂层在盐雾试验500小时后仍具二次修复能力。

3.4 防腐性能
EIS拟合显示修复涂层电荷转移电阻（R_ct）保持2.33×10⁷ Ω·cm²，较未修复涂层高4个数量级。拉曼光谱检测基底腐蚀产物中Fe₃O₄占比提升，证实缺氧环境抑制氧化。

该研究通过"动态化学+纳米增强+光热响应"三重协同策略，突破自修复速率与机械强度的权衡难题。MPDA/Ti₃C₂T_x的介孔结构实现填料-基体多尺度结合，较传统MXene复合材料界面结合能提升210%。成果为海洋装备、油气管道等严苛环境下的长效防护提供新材料范式，相关技术已申请发明专利。