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  金屬防腐涂層上的氣孔或劃痕，會導致局部腐蝕的產生，有可能加速金屬材料的疲勞失效，導致更嚴重的危害。近日，美國西北大學黃嘉興教授課題組提出了一種自修復涂層的新概念，發現了一種無需人為干涉，就可以自動修復的膠囊增稠油膜涂料，有助于抑制局部腐蝕。相關成果以“Self-Healing Microcapsule-Thickened Oil Barrier Coatings”為題發表在《Research(DOI: 10.1155/2019/3517816)上。

局部腐蝕怎么辦？流體可以解決么？

  金屬防腐涂層上的氣孔或劃痕，會導致局部腐蝕的產生。與常見的均勻腐蝕相比，局部腐蝕較為隱蔽，很難防止和預測，也不易檢測，但是局部腐蝕的部位卻有可能成為金屬承重部件的應力集中點，加速金屬材料的疲勞失效，導致更嚴重的危害。這一點，作者的研究小組，在2017年發表的一篇評述文章里【Nat. Nanotech., 2017, 12, 834】就特別做出過提醒，對陰極保護層（比如石墨烯膜）往往更容易加速局部腐蝕。

陰極涂層會加速局部腐蝕，可能產生應力集中點

  無需人為干涉，就可以自動修復的保護層，應該有助于抑制局部腐蝕。目前學術界已經有好幾種自修復涂層的設計思想，比如使用具有可逆共價健的高分子材料，在微細裂紋產生時，通過加熱或者施加應力，可以讓裂紋重新合上。又比如在涂層材料里面埋入含有液態聚合物單體的微球或毛細管，當涂層破裂時，液態單體流出，在空氣里迅速聚合來修復裂紋。以上這些化學設計十分精巧，但是還無法實現更優異的自修復性能，比如在完全沒有人為干擾下，快速而重復的讓劃痕（通常在毫米和亞毫米尺度）自動修復。

  跳出現有的思維圈子，其實從生活中就可以找到關于制作自修復材料的靈感。中國詩詞里有一些大家耳熟能詳的一些佳句，比如“抽刀斷水水更流”，或者“船過水無痕”，其實已經告訴我們，流體本身就是絕佳的自修復材料。那我們可以用流體本身，比如油，來做金屬的自修復防腐保護層嗎？

生活中找到關于制作自修復材料的靈感

  沿著這個想法繼續推理，會出現一個矛盾。低黏度的油，因為可以自由流動，的確具有非常優異的自修復性能，但是也正是因為可以自由流動，它就無法形成穩定的涂層。如果把油的黏度變大，比如常見的潤滑脂，雖然可以形成穩定的涂層，但因為失去了流動性，也就失去了良好的自修復性能。
  使用油來做自修復涂層，有個莎士比亞風格的難題。

自修復涂層新概念或可進行緊急修復

  最近美國西北大學黃嘉興教授的研究小組，為解決這個矛盾提供了一個新思路。他們使用粒徑在微米到幾十微米之間的膠囊顆粒作為油的增稠劑，這些顆粒在油中形成網絡，可有效阻止油膜的整體流動與收縮。當油膜被劃損時，劃痕處的顆粒網絡破損，失去增稠效果，局部恢復流動性的油便可迅速填滿劃痕，同時顆粒網絡得到重組，將油膜修復。在增稠材料方面，能被油浸潤，重量又輕的膠囊是好的選擇。這項工作里比較了聚合物、氧化硅以及還原氧化石墨烯的膠囊，發現作者小組以前用氣溶膠方法制備出的石墨烯微膠囊【Chem. Comm., 2012, 48, 5968】效果最好。

微米級石墨烯膠囊顆粒在油中可形成網絡，達到顯著增稠效果

  微膠囊增稠的油可以涂在各種復雜形狀的金屬表面，甚至可以從水下直接涂在金屬表面。在流動的水里（流速約1 m/s）油膜也可以保持長期穩定。由于油本身優異的隔水性，這種膠囊增稠的油膜可以有效的保護金屬。下圖照片里是一個鋁箔折成的小船，底面尖銳的折角處一般不容易形成完整的涂層，往往會有細小的孔洞產生。在實驗中發現增稠的油可以有效的保護這樣復雜形狀的表面。將載有染料的小船放置于鹽酸溶液里，直到鹽酸溶液全部揮發干凈，都沒有發生任何腐蝕反應。值得一提的是，這個實驗對涂層上的缺陷是特別敏感的，因為缺陷處發生的局部腐蝕可以很快造成穿孔，讓小船里的染料滲漏出來。

涂有膠囊增稠油膜的鋁箔小船不受鹽酸溶液的腐蝕

  膠囊增稠油膜可以在空氣中、水下或者腐蝕溶液中幾秒鐘之內就修復劃痕。也可以在同一位點實現上百次的自修復。然而作者們并不期待這種新型涂層可以完全或者立即取代現有的防腐涂層�！�這是一個自修復涂料的新概念，也許可以對現有的防腐涂層體系提供一個補充，或在應急修復的時候使用”。

膠囊增稠的油膜涂層可在數秒內快速修復劃痕

  前面莎翁風格的那個問題，終于有了答案。

  論文鏈接：https://spj.sciencemag.org/research/2019/3517816/