現(xiàn)代生活中各行各業(yè)離不開(kāi)金屬單質(zhì)及其合金等工程材料，腐蝕是阻礙其發(fā)展的最大問(wèn)題。 據(jù)估算，每年因金屬發(fā)生腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失大約占國(guó)民生產(chǎn)總值的 2%—4%，損耗的鋼材約為年產(chǎn)量的 1/3，每年因金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失大于水災(zāi)、火災(zāi)、風(fēng)暴和地震等自然災(zāi)害的損失的總和，嚴(yán)重影響了人們生命財(cái)產(chǎn)的安全和和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。其中，電化學(xué)腐蝕是最普遍的腐蝕現(xiàn)象，它是金屬與電解質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的金屬損耗，其本質(zhì)是電化學(xué)傳荷過(guò)程，形式多樣且危害較大。

為全面了解電化學(xué)保護(hù)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及研究進(jìn)展，尤其在裝備智能化診斷中的重要作用和未來(lái)走向，記者特邀請(qǐng)到浙江大學(xué)化學(xué)系張昭教授做相關(guān)方面的精彩解讀。

張昭，浙江大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)常務(wù)理事，在電化學(xué)腐蝕領(lǐng)域有較深研究和較高造詣。

記者：您所在的浙江大學(xué)化學(xué)系歷史悠久，實(shí)力雄厚，是國(guó)內(nèi)和國(guó)際上具有重要影響的化學(xué)人才培養(yǎng)和學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)。請(qǐng)您對(duì)浙江大學(xué)做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹，并簡(jiǎn)要說(shuō)明一下化學(xué)系的發(fā)展過(guò)程和所獲成就。

張教授：浙江大學(xué)是一所歷史悠久、聲譽(yù)卓著的高等學(xué)府，坐落于中國(guó)歷史文化名城、風(fēng)景旅游勝地杭州。浙江大學(xué)的前身求是書(shū)院創(chuàng)立于 1897 年，為中國(guó)人自己最早創(chuàng)辦的新式高等學(xué)校之一。1928 年，定名國(guó)立浙江大學(xué)。抗戰(zhàn)期間，浙大舉校西遷，在貴州遵義、湄潭等地辦學(xué)七年，1946 年秋回遷杭州。1952 年全國(guó)高等學(xué)校院系調(diào)整時(shí)，浙江大學(xué)部分系科轉(zhuǎn)入兄弟高校和中國(guó)科學(xué)院，留在杭州的主體部分被分為多所單科性院校，后分別發(fā)展為原浙江大學(xué)、杭州大學(xué)、浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)和浙江醫(yī)科大學(xué)。1998 年，同根同源的四校實(shí)現(xiàn)合并，組建了新浙江大學(xué)。浙江大學(xué)始終秉承“求是創(chuàng)新”為校訓(xùn)的優(yōu)良傳統(tǒng)，以天下為己任、以真理為依歸，逐步形成了“勤學(xué)、修德、明辨、篤實(shí)”的浙大人共同價(jià)值觀和“海納江河、啟真厚德、開(kāi)物前民、樹(shù)我邦國(guó)”的浙大精神。

浙江大學(xué)化學(xué)系的前身可追溯到創(chuàng)辦于 1897 年的求是書(shū)院和育英書(shū)院。幾經(jīng)演變，求是書(shū)院 1912 年發(fā)展為浙江高等學(xué)校，并于 1915 年創(chuàng)建化學(xué)系，1928 年發(fā)展為浙江大學(xué)化學(xué)系；育英書(shū)院 1897 年創(chuàng)建化學(xué)科，1914 年育英書(shū)院發(fā)展為之江大學(xué)，化學(xué)科于 1920 年發(fā)展為化學(xué)系；1952 年全國(guó)高等學(xué)校院系調(diào)整，浙江大學(xué)化學(xué)系與之江大學(xué)化學(xué)系合并組建浙江師范學(xué)院化學(xué)系，1958 年發(fā)展成為杭州大學(xué)化學(xué)系；1958年浙江大學(xué)恢復(fù)化學(xué)系。1998 年四校合并后，由浙江大學(xué)化學(xué)系與杭州大學(xué)化學(xué)系、浙江醫(yī)科大學(xué)和浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)部化學(xué)教研室合并組建成新的浙江大學(xué)化學(xué)系?；瘜W(xué)系曾培養(yǎng)和造就了一大批杰出學(xué)者。許多著名化學(xué)家如紀(jì)育灃、盧嘉錫、陳耀祖、曹楚南等 29 位中國(guó)科學(xué)院，中國(guó)工程院院士、美國(guó)醫(yī)學(xué)和生物工程院院士先后在我系學(xué)習(xí)或任教。目前，擁有化學(xué)一級(jí)學(xué)科國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科、化學(xué)一級(jí)學(xué)科博士點(diǎn)和博士后流動(dòng)站?；瘜W(xué)系還被教育部批準(zhǔn)為“國(guó)家理科基礎(chǔ)科學(xué)研究和教學(xué)人才培養(yǎng)基地”、“國(guó)家工科基礎(chǔ)課程教學(xué)基地”和“化學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”。

記者：金屬的腐蝕原理有多種，其中電化學(xué)腐蝕是最為廣泛的一種。請(qǐng)您介紹一下您和您的團(tuán)隊(duì)在腐蝕防護(hù)領(lǐng)域取得了哪些技術(shù)和成果，發(fā)揮了怎樣的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益？

張教授：我和我的團(tuán)隊(duì)在中國(guó)科學(xué)院曹楚南院士和張鑒清教授的指導(dǎo)下，長(zhǎng)期從事電化學(xué)、海洋化學(xué)和油氣田化學(xué)的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究。對(duì)材料腐蝕過(guò)程的電化學(xué)機(jī)理、金屬電沉積機(jī)理和電化學(xué)噪聲技術(shù)及其原理等進(jìn)行了深入的研究；創(chuàng)新性地導(dǎo)出了表征材料腐蝕類型和腐蝕強(qiáng)度的特征參數(shù)（SE 和SG，已編入普通高等教育十一五國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《電化學(xué)測(cè)量》，2008 年），從而解決了傳統(tǒng)的 PSD（譜功率密度）特征參數(shù)均不能單獨(dú)正確地刻畫(huà)材料腐蝕過(guò)程的歷史遺留問(wèn)題；創(chuàng)新性地采用電化學(xué)噪聲的 EDP（相對(duì)能量分布）譜圖實(shí)現(xiàn)了金屬鍍層結(jié)構(gòu)和性能及金屬腐蝕類型和強(qiáng)度的在線監(jiān)測(cè)（已編入電化學(xué)叢書(shū)——《電化學(xué)測(cè)試技術(shù)》，2010年），提出了電化學(xué)反應(yīng)活性能量、晶核 / 蝕點(diǎn)“成核相對(duì)能量”和“生長(zhǎng)相對(duì)能量”的概念并詮釋了其意義；首次采用量子化學(xué)的觀點(diǎn)解釋了 Zn-Fe 合金的異常共沉積行為和 Zn-Fe-P 合金共沉積中的 Fe-P 協(xié)同效應(yīng)、建立了 Hull Cell陰極電流分布公式并驗(yàn)證了公式的正確性（已編入電化學(xué)叢書(shū)——《電化學(xué)測(cè)試技術(shù)》，2010 年）。

同時(shí)，在海洋構(gòu)件的腐蝕監(jiān)測(cè)與防護(hù)、油氣田開(kāi)采與原油煉化助劑領(lǐng)域奠定了特色基礎(chǔ)，研制的腐蝕電化學(xué)噪聲監(jiān)測(cè)儀、原油 H 2 S 脫除劑、自生酸、緩蝕劑和防污抗腐涂料等已經(jīng)成功試用或應(yīng)用于海洋構(gòu)件的防污防腐及油氣田的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)。其中腐蝕電化學(xué)噪聲監(jiān)測(cè)儀已經(jīng)使用于大專院所的科研領(lǐng)域和水下航行器的腐蝕監(jiān)測(cè)，自生酸和緩蝕劑已在新疆庫(kù)爾勒投產(chǎn)并用于油氣田的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)，研制的兩類防污抗腐涂料正在浙江寧波生產(chǎn)、其接觸角分別為 105 和154 左右、滾動(dòng)角分別小于 30 和 5、且具有優(yōu)良的耐久性（包括機(jī)械穩(wěn)定性）和防腐蝕性能。目前，團(tuán)隊(duì)已在國(guó)內(nèi)外專業(yè)期刊上發(fā)表論文 170 余篇、授權(quán)發(fā)明專利 10 余項(xiàng)。

記者：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代企業(yè)中設(shè)備的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，自動(dòng)化的程度也越來(lái)越高，由于腐蝕等因素的影響，導(dǎo)致設(shè)備原有的功能下降或喪失，最終帶來(lái)災(zāi)難性的后果，因此發(fā)展裝備智能化診斷意義重大。請(qǐng)您介紹一下腐蝕大數(shù)據(jù)在裝備智能化發(fā)展起到怎樣的意義和作用。

張教授：利用腐蝕大數(shù)據(jù)，人們可以全天候地對(duì)在役裝備的使役狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)和診斷，甚至預(yù)測(cè)裝備的服役壽命。因此，合理運(yùn)用腐蝕大數(shù)據(jù)并配備其它技術(shù)手段，肯定可以顯著降低、甚至杜絕由腐蝕所導(dǎo)致的災(zāi)難性事故的發(fā)生。

記者：請(qǐng)您詳細(xì)說(shuō)明一下電化學(xué)過(guò)程能量學(xué)在腐蝕大數(shù)據(jù)監(jiān)檢測(cè)中的有哪些應(yīng)用？目前我國(guó)在該領(lǐng)域成就如何，與國(guó)外相比有哪些優(yōu)勢(shì)和不足？

張教授：在材料的服役過(guò)程中，材料與環(huán)境中各種因素的交互作用涉及到電子的遷移、舊鍵的斷裂和新鍵的生成，其必將導(dǎo)致材料與環(huán)境之間的能量交換，部分能量以（反應(yīng)）熱的形式耗散掉，而其中的功“所造成的材料（研究中常被稱為‘電極’）能量的得失”則以“電極電勢(shì)”的變化表現(xiàn)出來(lái)。

實(shí)際上，電勢(shì)或電極電勢(shì)本身就是體系能量高低的一種體現(xiàn)：在物理學(xué)上，“電場(chǎng)中某一點(diǎn) a 的電勢(shì)就是指在假定無(wú)限遠(yuǎn)處的電勢(shì)能和電勢(shì)均為零的前提下，將單位正電荷從無(wú)限遠(yuǎn)處的真空中移到 a 點(diǎn)的過(guò)程中，電場(chǎng)力所做功的負(fù)值”。在物理化學(xué)和電化學(xué)理論體系中，由于電極反應(yīng)同時(shí)包含電荷的遷移及其引起的化學(xué)反應(yīng)，因此：（1） 處于外電位為 ψ（Volta 電位，相當(dāng)于物理學(xué)上的“離電極相 P 外表面約 10-4cm 處”的 a 點(diǎn)的電勢(shì)）的單位正電荷在進(jìn)入電極相 P 內(nèi)部時(shí)還需進(jìn)一步克服相 P 的表面電位（χ）而做電功（金屬中的電子溢出金屬表面將導(dǎo)致電極相 P 表面形成了偶極子層，電功的總和 =ψ+χ 被定義為電極相 P 的內(nèi)電位）；同時(shí)，（2）電荷與相P中粒子間的短程相互作用（化學(xué)反應(yīng)）將會(huì)引起相 P 吉布斯自由能的變化（μ），即產(chǎn)生化學(xué)功。在恒溫恒壓、組成不變條件下的總能量變化被定義為荷電量為的 j 粒子在相 P 中的電化學(xué)勢(shì)（在有限溫度范圍內(nèi)，其近似等于費(fèi)米能級(jí)；e 為電子的電量；對(duì)于荷正電的 j粒子，為正值；對(duì)于荷負(fù)電的 j 粒子，為負(fù)值）。因此，材料與環(huán)境中各種因素的交互作用過(guò)程中所造成的電極材料電勢(shì)的變化實(shí)際上就是電極體系能量的變化。在物理學(xué)上，能量分為動(dòng)能和勢(shì)能，并且可以相互轉(zhuǎn)化；相對(duì)于動(dòng)能，勢(shì)能具有“惰性”、其值的大小并不代表著物體的移動(dòng)速率，而動(dòng)能則直接取決于物體的運(yùn)動(dòng)速率、具有“活（潑）性”。與此類似，源于電極反應(yīng)的電化學(xué)噪聲能量（簡(jiǎn)稱：EN 能量）可以通過(guò)改變電極的表面狀態(tài)而引起電極材料電勢(shì)（E）的變化，而 E 的相對(duì)大小（正負(fù)）可以改變電極表面的反應(yīng)速率，即引起不同頻率和幅度的噪聲。由于 EN 能量類似于物理學(xué)中物體的動(dòng)能、與電化學(xué)反應(yīng)速率直接相關(guān)，因此，可以稱其為“電化學(xué)反應(yīng)活性能量”。綜上所述，監(jiān)測(cè)材料服役過(guò)程中材料與環(huán)境所交換的能量，特別是其中的電化學(xué)反應(yīng)活性能量，則可以判斷材料的腐蝕狀態(tài)、腐蝕速率及其變化趨勢(shì)。

目前，我們正在采用多種技術(shù)將電極體系能量變化值中的動(dòng)能和勢(shì)能進(jìn)行在線分離，提取其中的動(dòng)能。現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，可以采用電化學(xué)反應(yīng)活性能量表征緩蝕劑的保護(hù)效果、區(qū)分緩蝕劑在材料表面的物理和化學(xué)吸附作用、監(jiān)測(cè)材料的腐蝕速率等，提出的晶核“成核相對(duì)能量”和“生長(zhǎng)相對(duì)能量”可以用于在線監(jiān)測(cè)電沉積過(guò)程中鍍層晶粒大小的變化。目前，相關(guān)研究成果已經(jīng)在美國(guó)電化學(xué)會(huì)志等刊物上發(fā)表論文近10篇。

在很久以前，國(guó)外科技工作者就將耗散結(jié)構(gòu)理論用于材料的腐蝕研究。但是，其僅僅只是定性地提及材料腐蝕過(guò)程的能量變化問(wèn)題?？梢宰院赖卣f(shuō)，我們的工作才是真正意義上、在國(guó)內(nèi)外率先開(kāi)展了材料腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域的能量學(xué)研究。

記者：當(dāng)前，以智能制造為代表的新一輪產(chǎn)業(yè)變革迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化、智能化日益成為制造業(yè)的主要趨勢(shì)，國(guó)務(wù)院頒布實(shí)施的《中國(guó)制造 2025》將智能制造作為主攻方向，搶占新一輪產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)制高點(diǎn)。請(qǐng)您從電化學(xué)腐蝕發(fā)展的角度，對(duì)裝備智能化發(fā)展與安全提出自己的建議和看法。

張教授：材料的功能和服役壽命主要取決于材料本身的組成和結(jié)構(gòu)、以及服役的環(huán)境因素，而在材料的電化學(xué)制備及其腐蝕過(guò)程中均涉及到電子的遷移、舊鍵的斷裂和新鍵的生成。因此，電化學(xué)技術(shù)是新型材料制備及其服役狀態(tài)評(píng)價(jià)和壽命預(yù)測(cè)的一個(gè)重要方法。

我認(rèn)為目前材料腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)工作主要是材料的腐蝕監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)保護(hù)技術(shù)，及其技術(shù)原理。應(yīng)該發(fā)展多種電化學(xué)技術(shù)，特別是研發(fā)那些“所提供的電化學(xué)參數(shù)”能夠關(guān)聯(lián)、甚至監(jiān)測(cè)材料結(jié)構(gòu)和性能的電化學(xué)技術(shù)，建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)并反饋指導(dǎo)材料的結(jié)構(gòu)、性能和腐蝕壽命監(jiān)測(cè)過(guò)程；聯(lián)用電化學(xué)和非電化學(xué)技術(shù)，監(jiān)測(cè)材料的電化學(xué)制備過(guò)程、以便調(diào)控其組成、結(jié)構(gòu)和性能，監(jiān)測(cè)材料的服役過(guò)程、以便預(yù)測(cè)其服役壽命，研發(fā)新型保護(hù)技術(shù)和材料、以便延長(zhǎng)材料的使役壽命。

后記：

不積跬步，無(wú)以至千里；不積小流，無(wú)以成江海。張昭教授及其團(tuán)隊(duì)在不懈努力之下聚沙成塔，在電化學(xué)腐蝕研究領(lǐng)域取得了諸多的先進(jìn)成果。相信在張昭教授這類科研學(xué)者的共同努力下，我國(guó)的電化學(xué)腐蝕研究將更上一層樓，未來(lái)將在裝備智能化診斷中發(fā)揮更大的作用和預(yù)警。

●  人物簡(jiǎn)介

張昭，湖南省寧鄉(xiāng)縣人，中南（工業(yè)）大學(xué)應(yīng)用化學(xué)碩士（1993-1996）、冶金物理化學(xué)博士（1996-1999），浙江大學(xué)化學(xué)學(xué)科博士后（1999-2001）、教授（2005）、博士生導(dǎo)師，美國(guó)電化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)表面工程分會(huì)委員，中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)緩蝕劑專業(yè)委員會(huì)委員，中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)腐蝕電化學(xué)及測(cè)試技術(shù)專業(yè)委員會(huì)副主任委員，中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)常務(wù)理事。

長(zhǎng)期從事電化學(xué)、海洋化學(xué)和油氣田化學(xué)的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用研究；對(duì)材料腐蝕過(guò)程的電化學(xué)機(jī)理、金屬電沉積機(jī)理和電化學(xué)噪聲等進(jìn)行了深入的研究；創(chuàng)新性地導(dǎo)出了表征材料腐蝕類型和腐蝕強(qiáng)度的特征參數(shù)（SE 和SG，已編入普通高等教育十一五國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《電化學(xué)測(cè)量》，2008 年），從而解決了傳統(tǒng)的 PSD（譜功率密度）特征參數(shù)均不能單獨(dú)正確地刻畫(huà)材料腐蝕過(guò)程的歷史遺留問(wèn)題；創(chuàng)新性地采用電化學(xué)噪聲的EDP（相對(duì)能量分布）譜圖實(shí)現(xiàn)了金屬鍍層結(jié)構(gòu)和性能及金屬腐蝕類型和強(qiáng)度的在線監(jiān)測(cè)（已編入電化學(xué)叢書(shū)——《電化學(xué)測(cè)試技術(shù)》，2010 年），提出了電化學(xué)反應(yīng)活性能量、晶核 / 蝕點(diǎn)“成核相對(duì)能量”和“生長(zhǎng)相對(duì)能量”的概念并詮釋了其意義；首次采用量子化學(xué)的觀點(diǎn)解釋了 Zn-Fe 合金的異常共沉積行為和 Zn-Fe-P 合金共沉積中的 Fe-P 協(xié)同效應(yīng)、建立了 Hull Cell 陰極電流分布公式并驗(yàn)證了公式的正確性（已編入電化學(xué)叢書(shū)——《電化學(xué)測(cè)試技術(shù)》，2010 年）；同時(shí)，在海洋構(gòu)件的腐蝕監(jiān)測(cè)與防護(hù)、油氣田開(kāi)采與原油煉化助劑領(lǐng)域奠定了特色基礎(chǔ)，研制的腐蝕電化學(xué)噪聲監(jiān)測(cè)儀、原油 H2S 脫除劑、自生酸、緩蝕劑和防污抗腐涂料等已經(jīng)成功試用或應(yīng)用于海洋構(gòu)件的防污防腐及油氣田的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)。目前，已在國(guó)內(nèi)外專業(yè)期刊上發(fā)表論文 170 余篇。