海洋腐蚀和生物污损是海洋工程装备面临的两大主要挑战，使用功能涂层是一种简单且有效的防护方法。然而，单一涂层很难同时具备防腐蚀和防污性能。为此，中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料全国重点实验室与河海大学、天津大学的研究团队在中国工程院院刊《Engineering》发表了题为“An Integrated Anti-Fouling and Anti-Corrosion Coating Enabled by rGO/AgNPs and Amphiphilic Networks”的研究论文，开发了一种基于载银石墨烯和两亲网络的兼具防腐与防污性能的海洋防护涂层，具有性能优异、制备简便、施工友好及易于规模化推广的显著优势。田澍助理研究员为文章第一作者，卢光明高级工程师为文章通讯作者。
研究团队在生物基有机硅–环氧树脂体系中引入了还原氧化石墨烯（rGO）/银纳米颗粒（AgNPs）与亲水性高分子材料，构建出具有互穿网络（IPN）结构的涂层。有机硅–环氧树脂、rGO/AgNPs及亲水高分子三者协同，通过释污作用、接触抑制效应和水合屏障三重机制赋予涂层优异的防污性能。同时，该涂层还通过致密结构、屏障效应与钝化作用构成三元协同防腐机制，展现出卓越的防腐性能。此外，当涂层受损时，其内部的动态次级网络能够实现缺陷的自修复，从而防止结构快速失效。
图1 防污防腐一体化涂层的设计示意图。HMME-EP：疏水性四甲基二硅氧烷丁香酚–环氧树脂；IPDA：异佛尔酮二胺；PNIPAM-SH：巯基化聚N-异丙基丙烯酰胺；rGO：还原氧化石墨烯。
在实验室与实海测试中，HE-0.3-3涂层对大肠杆菌、副溶血性弧菌和金黄色葡萄球菌的杀灭率均接近100%，其表面几乎无蛋白、细菌、藻类或其他污损生物附着。在防腐方面，涂层依托石墨烯的屏障作用、致密的互穿网络结构以及巯基的钝化效应，构建起三元协同防腐机制，表现出卓越的防腐能力。相比于纯硅氧烷？环氧涂层HE-0-0，HE-0.3-3在3.5 wt% NaCl溶液中具有更高的阻抗与更低的腐蚀电流密度，在盐雾试验中浸泡15天后仅出现轻微腐蚀。此外，该涂层在钢基材上具有优异的附着性能与自修复能力，附着强度高达15.9 MPa，划痕处在自修复后阻抗值明显升高。该一体化涂层不仅满足防腐与防污的双重需求，还可避免多层涂装，显著降低施工难度与人工成本。因此，该研究为海洋防护涂层的设计与开发提供了一种全新策略。
图2 （a）此工作中一体化涂层的防污机制；（b）一体化涂层的防腐机制；（c）此工作所构建涂层与其他已报道海洋防护涂层性能对比。
论文信息：
Shu Tian,Jinli Zhang,Shuan Liu,Jingyu Li,Jibin Pu,Yugang Hao,Guobing Ying,Qunji Xue,Guangming Lu. An Integrated Anti-Fouling and Anti-Corrosion Coating Enabled by rGO/AgNPs and Amphiphilic Networks. Engineering, 2024, 42(11): 233-244 DOI:10.1016/j.eng.2022.09.019
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