基于PDA-rGO/环氧-水凝胶微球复合涂层的三重锁水策略实现快速烧蚀与表面温控

本文创新性地将聚多巴胺修饰氧化石墨烯（PDA-rGO）与GO包覆水凝胶微球（GO@HMPs）引入环氧树脂（TETGE）基体，通过三重锁水策略显著提升复合材料抗脱水性能（30/70体系脱水80小时后失水率仅10.3%）。该TPG/GO@HMPs复合材料展现出0.25 mm/s的线性烧蚀速率，30秒氧乙炔烧蚀后表面温度低至564°C（较纯环氧降低47%），红外辐射能量降至3×104 W/m2，为高速飞行器热防护-红外隐身一体化设计提供新思路。

　　

Highlight

本研究通过三重锁水策略赋予环氧基复合材料卓越性能：

1. 1.

   抗脱水突破：GO@HMPs（30/70）体系在6 M LiCl掺杂下，80小时脱水测试后失水率低至10.3%

2. 2.

   烧蚀加速：氧乙炔测试中质量烧蚀速率提升75%（0.08→0.14 g/s），线性速率达0.25 mm/s

3. 3.

   温控革命：30秒烧蚀后表面温度骤降504°C（1068→564°C），红外辐射能量削减80%

Materials

实验采用羧甲基纤维素钠（CMC，Mn=250k）、丙烯酰胺（AM）、单层氧化石墨烯（GO，横向尺寸1μm）等原料，所有试剂纯度≥98%。

The mechanism of PDA-rGO modifying epoxy

聚多巴胺（PDA）通过氧化自聚形成，其丰富的胺基/邻苯二酚基团与环氧树脂（EP）产生强界面结合。傅里叶红外（FTIR）显示PDA-rGO的C=O伸缩振动峰（1720 cm^-1）位移证实成功改性。

Conclusion

该工作开创性地将相变水（水凝胶）与快速烧蚀特性（环氧）结合，通过PDA-rGO界面工程和GO@HMPs三重锁水设计，实现"热防护-红外隐身"双功能集成，为航天器热管理系统提供新范式。