近日，北京科技大學新材料技術(shù)研究院張達威和馬菱薇教授團隊針對上述問題，受見手青損傷變色現(xiàn)象的啟發(fā)，提出了一種具有顯色/熒光雙重預(yù)警功能，兼具耐老化和主動腐蝕防護性能的涂層體系構(gòu)筑策略。涂層的多功能性來源于納米氧化鈰（CeO2）顆粒與包覆結(jié)晶紫內(nèi)酯（CVL）的微膠囊的雙填料組合體系。微膠囊包覆的CVL作為顏色及熒光指示劑：當涂層發(fā)生機械損傷時，微膠囊因機械外力而破裂，釋放的CVL在紫外光照射下表現(xiàn)出局部熒光增強，并且其內(nèi)酯環(huán)在CeO2顆粒表面羥基的作用下打開而呈現(xiàn)顯著藍色，實現(xiàn)顯色/熒光雙重機械損傷預(yù)警效果。另一方面，CeO2顆粒的紫外吸收和緩蝕性能也有效地提升了涂層的耐老化和主動腐蝕防護性能。最后，采用電偶腐蝕傳感器技術(shù)和基于有機光伏器件的透光性測試技術(shù)分別監(jiān)測了所設(shè)計涂層的腐蝕、老化失效過程，證實了涂層的主動腐蝕防護和耐老化性能。該研究所設(shè)計的填料體系適用于多種成品涂層，為應(yīng)對防腐涂層的復雜失效形式、延長涂層服役壽命提供了新的解決思路。

2024年12月15日，相關(guān)成果以“Lurid Bolete-Inspired Damage Reporting Coating with Simultaneous Weathering and Corrosion Resistance: Construction Strategy and Real-Time Degradation Monitoring”為題發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Advanced Functional Materials》上（Adv. Funct. Mater. 2024, 2414620）。論文第一作者為北京科技大學新材料技術(shù)研究院博士生王金科，通訊作者為北京科技大學新材料技術(shù)研究院張達威教授和馬菱薇教授，同時感謝華南理工大學發(fā)光材料與器件國家重點實驗室李寧教授的指導和幫助，以上工作得到了國家自然科學基金項目、國家重點研發(fā)計劃、科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項的支持。

圖1.見手青啟發(fā)的機械損傷預(yù)警防腐涂層：

a）見手青的損傷預(yù)警特性；

b）涂層的損傷預(yù)警、耐老化、主動腐蝕防護機制；

c）基于電偶腐蝕傳感器的實時腐蝕監(jiān)測和基于有機光伏器件的原位透光率監(jiān)測示意圖

 圖2 包覆CVL微膠囊及復合涂層的顯色/熒光損傷預(yù)警性能

 圖3 基于有機光伏器件的透光性測試及復合涂層的耐老化性能

該工作是團隊近期關(guān)于智能防腐涂層相關(guān)研究的最新進展之一。在過去三年中，團隊針對防腐涂層腐蝕失效問題發(fā)展了一系列腐蝕感應(yīng)預(yù)警涂層（Chem. Eng. J. 2022, 433, 134515; Chem. Eng. J. 2023, 454, 140335; Corros. Sci. 2024, 232, 112038）和自修復涂層（Chem. Eng. J. 2024, 500, 156898; Corros. Sci. 2022, 208, 110663; Compos. Part B-Eng. 2022, 231, 109574）；針對涂層機械損傷制備了一系列機械損傷預(yù)警涂層（Prog. Org. Coat. 2024, 187, 108147; Prog. Org. Coat. 2024, 195, 108683）。為實現(xiàn)涂層服役老化過程的實時監(jiān)測，團隊研究并測試了基于有機光伏器件的透光性監(jiān)測手段的長期穩(wěn)定性（J. Mater. Chem. A. 2024, 12, 14688）。