近日，北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院張達(dá)威和馬菱薇教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)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(dòng)腐蝕防護(hù)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(dāng)涂層發(fā)生機(jī)械損傷時(shí)，微膠囊因機(jī)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(qiáng)，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(lán)色，實(shí)現(xiàn)顯色/熒光雙重機(jī)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(dòng)腐蝕防護(hù)性能。最后，采用電偶腐蝕傳感器技術(shù)和基于有機(jī)光伏器件的透光性測(cè)試技術(shù)分別監(jiān)測(cè)了所設(shè)計(jì)涂層的腐蝕、老化失效過程，證實(shí)了涂層的主動(dòng)腐蝕防護(hù)和耐老化性能。該研究所設(shè)計(jì)的填料體系適用于多種成品涂層，為應(yīng)對(duì)防腐涂層的復(fù)雜失效形式、延長(zhǎng)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(guó)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(xué)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(xué)新材料技術(shù)研究院張達(dá)威教授和馬菱薇教授，同時(shí)感謝華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李寧教授的指導(dǎo)和幫助，以上工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)的支持。

圖1.見手青啟發(fā)的機(jī)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(dòng)腐蝕防護(hù)機(jī)制；

c）基于電偶腐蝕傳感器的實(shí)時(shí)腐蝕監(jiān)測(cè)和基于有機(jī)光伏器件的原位透光率監(jiān)測(cè)示意圖

 圖2 包覆CVL微膠囊及復(fù)合涂層的顯色/熒光損傷預(yù)警性能

 圖3 基于有機(jī)光伏器件的透光性測(cè)試及復(fù)合涂層的耐老化性能

該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于智能防腐涂層相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。在過去三年中，團(tuán)隊(duì)針對(duì)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(fù)涂層（Chem. Eng. J. 2024, 500, 156898; Corros. Sci. 2022, 208, 110663; Compos. Part B-Eng. 2022, 231, 109574）；針對(duì)涂層機(jī)械損傷制備了一系列機(jī)械損傷預(yù)警涂層（Prog. Org. Coat. 2024, 187, 108147; Prog. Org. Coat. 2024, 195, 108683）。為實(shí)現(xiàn)涂層服役老化過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，團(tuán)隊(duì)研究并測(cè)試了基于有機(jī)光伏器件的透光性監(jiān)測(cè)手段的長(zhǎng)期穩(wěn)定性（J. Mater. Chem. A. 2024, 12, 14688）。