內(nèi)蒙古大學(xué)頂刊綜述《PMS》：二氧化硅基涂層防腐的最新進展！

近日,內(nèi)蒙古大學(xué)尹月、王文波、蘭坤聯(lián)合德國馬普所Michael Rohwerder教授在Progress in Materials Science期刊上發(fā)表了題為Silica-containing coatings for corrosion protection的綜述論文，系統(tǒng)總結(jié)了二氧化硅基涂層的應(yīng)用，為長效防腐提供了全新解決方案。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2026.101659

第一作者：尹月，李爽

通訊作者：尹月，王文波，蘭坤，Michael Rohwerder

第一通訊單位：內(nèi)蒙古大學(xué)

背景介紹

隨著國家重大工程和高技術(shù)金屬裝備的不斷發(fā)展，面臨著高溫、高濕、高鹽和高輻照等極端環(huán)境帶來的嚴(yán)重腐蝕挑戰(zhàn)，嚴(yán)重縮短金屬材料的使用壽命，不僅造成資源浪費和環(huán)境污染，還會造成重大的經(jīng)濟損失和安全事故。目前，針對金屬材料的主要防腐方式包括：緩蝕劑、電化學(xué)防護、涂層防護和表面處理等。其中，有機涂層因施工簡單、適應(yīng)性強、性價比高等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于金屬的腐蝕防護。針對涂層開發(fā)過程中填料的設(shè)計，概述了二氧化硅基填料的發(fā)展歷程（如圖1），系統(tǒng)的綜述了二氧化硅基填料的開發(fā)以及用于金屬腐蝕與防護，首先全面的介紹了涂層制備方法，隨后系統(tǒng)的介紹了利用未修飾二氧化硅、表面功能化和微納米容器用于自愈合涂層的制備，最后，評估了其實際應(yīng)用過程中鹽霧效果，并展望了其未來的發(fā)展趨勢。

圖1. 二氧化硅填料用于防腐涂層的發(fā)展歷程

綜述內(nèi)容

防腐涂層在工業(yè)應(yīng)用和基礎(chǔ)研究中被廣泛采用。然而，選擇一種最佳的涂層技術(shù)仍然具有挑戰(zhàn)性，由于成本、性能、基材、兼容性、環(huán)境條件和外觀要求在內(nèi)的多個因素之間需要進行權(quán)衡。盡管涂層技術(shù)對最終涂層性能有著直接的影響，但在研究中這一方面往往被忽視。本節(jié)全面的回顧了用于防腐涂層的技術(shù)，如噴涂、浸涂、旋涂、棒/刀涂、電化學(xué)沉積和電泳沉積（如圖2），這些方法能夠生產(chǎn)出具有不同形態(tài)和厚度的涂層，從而滿足各種場景的實際需求。

圖2. 防腐涂層的制備技術(shù)

在涂層中加入未修飾的二氧化硅填料能顯著提高耐腐蝕性和機械性能，性能的提升是通過降低涂層孔隙率并引入曲折的擴散路徑來實現(xiàn)的，該路徑能有效延長腐蝕離子的滲透（如圖3a,b）。然而，二氧化硅填料與基體之間的兼容性以及填料自身聚集的問題仍然是限制提升復(fù)合涂層的性能和壽命的關(guān)鍵。為進一步提升涂層的物理阻隔效果，表面功能化是提升二氧化硅填料在涂層基體中分散性和兼容性的有效策略，該策略不僅減少了表面羥基的數(shù)量，從而提高了與聚合物基體的親和性，還促進了填料的均勻分散（如圖3c）。此外，使用硅烷偶聯(lián)劑或聚合物修飾劑處理的二氧化硅填料可以增加復(fù)合涂層的交聯(lián)密度，有效防止腐蝕性電解質(zhì)的滲透。而自愈合涂層作為一種兼具“物理屏障”和“活性保護”效果的涂層，通過將活性物質(zhì)裝載到多孔二氧化硅內(nèi)來防止其與涂層基質(zhì)直接接觸（如圖3d），同時實現(xiàn)按需釋放。當(dāng)腐蝕發(fā)生時，容器會釋放活性物質(zhì)通過形成一層致密的保護膜使受損區(qū)域鈍化。一旦腐蝕刺激停止，釋放就會停止，從而在正常情況下避免過早泄漏。這種方法能夠確保活性物質(zhì)的使用效率，并減少對環(huán)境以及涂層基質(zhì)的潛在不良影響，使得它們在智能防腐涂層中得到廣泛應(yīng)用。

圖3. 二氧化硅填料防腐機制概述

鹽霧測試是一種重要的模擬實際應(yīng)用場景的檢測方法，用于評估涂層材料的宏觀抗腐蝕性能，能提供與工業(yè)應(yīng)用和使用壽命預(yù)測相關(guān)的數(shù)據(jù)。圖4系統(tǒng)的評估了二氧化硅基涂層的鹽霧耐久性和腐蝕照片，為實際應(yīng)用二氧化硅基涂層的選材和服役壽命提供了重要的參考。

圖4.二氧化硅基涂料的鹽霧試驗結(jié)果

未來展望

盡管二氧化硅基涂層已表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，但要實現(xiàn)大規(guī)模普及和性能再升級，仍面臨三大核心挑戰(zhàn)：填料分散不均勻，釋放動力學(xué)難以精準(zhǔn)控制和規(guī)模化生產(chǎn)成本高。針對這些問題，未來研究應(yīng)聚焦三大方向：開發(fā)環(huán)保低成本改性技術(shù)，如利用生物基材料改性二氧化硅填料；設(shè)計微納米容器可逆控制開關(guān)系統(tǒng)，通過超分子相互作用、光熱響應(yīng)等，實現(xiàn)活性物質(zhì)多次“釋放—停止”循環(huán)，適用于長期腐蝕防護需求；借助計算模擬輔助，通過AI模擬二氧化硅填料的分散狀態(tài)、活性物質(zhì)的釋放路徑，精準(zhǔn)優(yōu)化涂層配方，減少實驗試錯成本（如圖5）。綜上所述，本文對二氧化硅基填料和容器的防腐性能進行了全面的分析，為其他填料的防腐性能提供了參考框架。旨在激發(fā)進一步深入的研究和創(chuàng)新策略，以推進防腐涂料領(lǐng)域的發(fā)展。

圖5. 二氧化硅基防腐涂料面臨的挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展前景

本文來自“材料科學(xué)與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。

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