內蒙古大學頂刊綜述《PMS》：二氧化硅基涂層防腐的最新進展！

近日,內蒙古大學尹月、王文波、蘭坤聯合德國馬普所Michael Rohwerder教授在Progress in Materials Science期刊上發表了題為Silica-containing coatings for corrosion protection的綜述論文，系統總結了二氧化硅基涂層的應用，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：內蒙古大學

背景介紹

隨著國家重大工程和高技術金屬裝備的不斷發展，面臨著高溫、高濕、高鹽和高輻照等極端環境帶來的嚴重腐蝕挑戰，嚴重縮短金屬材料的使用壽命，不僅造成資源浪費和環境污染，還會造成重大的經濟損失和安全事故。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、適應性強、性價比高等優勢，被廣泛應用于金屬的腐蝕防護。針對涂層開發過程中填料的設計，概述了二氧化硅基填料的發展歷程（如圖1），系統的綜述了二氧化硅基填料的開發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，評估了其實際應用過程中鹽霧效果，并展望了其未來的發展趨勢。

圖1. 二氧化硅填料用于防腐涂層的發展歷程

綜述內容

防腐涂層在工業應用和基礎研究中被廣泛采用。然而，選擇一種最佳的涂層技術仍然具有挑戰性，由于成本、性能、基材、兼容性、環境條件和外觀要求在內的多個因素之間需要進行權衡。盡管涂層技術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。本節全面的回顧了用于防腐涂層的技術，如噴涂、浸涂、旋涂、棒/刀涂、電化學沉積和電泳沉積（如圖2），這些方法能夠生產出具有不同形態和厚度的涂層，從而滿足各種場景的實際需求。

圖2. 防腐涂層的制備技術

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合涂層的性能和壽命的關鍵。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，使用硅烷偶聯劑或聚合物修飾劑處理的二氧化硅填料可以增加復合涂層的交聯密度，有效防止腐蝕性電解質的滲透。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，通過將活性物質裝載到多孔二氧化硅內來防止其與涂層基質直接接觸（如圖3d），同時實現按需釋放。當腐蝕發生時，容器會釋放活性物質通過形成一層致密的保護膜使受損區域鈍化。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的使用效率，并減少對環境以及涂層基質的潛在不良影響，使得它們在智能防腐涂層中得到廣泛應用。

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，能提供與工業應用和使用壽命預測相關的數據。圖4系統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果

未來展望

盡管二氧化硅基涂層已表現出巨大的應用潛力，但要實現大規模普及和性能再升級，仍面臨三大核心挑戰：填料分散不均勻，釋放動力學難以精準控制和規模化生產成本高。針對這些問題，未來研究應聚焦三大方向：開發環保低成本改性技術，如利用生物基材料改性二氧化硅填料；設計微納米容器可逆控制開關系統，通過超分子相互作用、光熱響應等，實現活性物質多次“釋放—停止”循環，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、活性物質的釋放路徑，精準優化涂層配方，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。旨在激發進一步深入的研究和創新策略，以推進防腐涂料領域的發展。

圖5. 二氧化硅基防腐涂料面臨的挑戰和未來的發展前景

本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。

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