研究背景
受自然界“荷叶效应”启示的超疏水材料（水静态接触角>150°、滚动角<10°）的发现、仿生制备及其在有自清洁、油水分离、辐射制冷、能量收集、流体减阻、防腐、防冰、可穿戴传感等领域的巨大应用潜力受到了研究人员的高度关注。特别是在防腐领域，超疏水材料表面极低的固-液接触面积和低表面能特性为防腐涂层材料的设计开发提供了创新性视角。然而，目前超疏水防腐材料普遍存在机械稳定性差、易磨损失效、长效防护性能欠佳等问题，难以满足在实际应用场景和复杂工况条件下对材料的性能需求，阻碍了超疏水材料从实验室研究迈向实际应用的进程。如何设计开发高稳定性超疏水长效防腐涂层仍是当前本领域的重要研究热点与挑战。
研究成果
近日，中国科学院海洋研究所海洋关键材料全国重点实验室张斌斌团队受生活中橡胶跑道耐磨-耐候-缓冲多层结构启发，结合对废旧橡胶轮胎累积带来的资源浪费、环境污染与回收再利用问题的思考，创新性地将废旧轮胎橡胶颗粒与铠甲化结构设计理念相结合，利用轮胎橡胶颗粒作为铠甲化骨架结构设计构建了一种兼具高稳定性与长效防腐性能的超疏水复合涂层，实现了废物高值化利用与高性能超疏水防腐涂层的“双赢”设计。相关研究成果以“Rubber running track inspired ultra-robust superhydrophobic coating armored with recycled tire rubber (RTR) particles for sustained corrosion resistance”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上。
本研究设计的复合涂层由环氧树脂（EP）作为底层，回收再利用的轮胎橡胶颗粒（RTR）作为大尺度铠甲结构中间层，以及氟硅烷改性氧化铝@热塑性聚氨酯（S-Al2O3@TPU）构成的超疏水面层形成三层防护体系。制备得到的RTR铠甲化超疏水复合涂层能够承受1200次砂纸磨擦循环、450次胶带剥离循环和1050克落砂冲击，展现了显著提升的机械稳定性与界面结合力。电化学测试结果显示，经涂层保护的Q235碳钢的低频模值和电荷转移电阻提升了7个数量级，腐蚀电流密度下降了5个数量级。此外，在3.5 %氯化钠溶液浸泡840小时和户外海洋大气环境暴露1680小时后涂层仍能保持超疏水防护特性，体现了其具有优异的长效防腐潜力。
主要图文
图1. 轮胎橡胶颗粒构建高稳定性超疏水防腐涂层研究的摘要图
图2. 本研究的制备示意图
图3. 电化学阻抗谱与动电位极化曲线测试
图4. 3.5 %氯化钠溶液浸泡与海洋大气环境暴露测试
总结与展望
本研究所设计的RTR铠甲化高稳定性超疏水防腐涂层不仅实现了资源的循环利用，还为高耐磨-高耐候超疏水功能防护材料的开发提供了一种有效的解决思路。随着表面稳定性和长效耐久性的不断强化，超疏水功能防护材料也将逐渐从实验室样品向工程化产品持续推进，并在更多领域展现出产业化与推广应用前景。
作者简介
张斌斌，中国科学院海洋研究所特聘研究员，山东省泰山学者青年专家、山东省优青、中国科学院青年创新促进会会员、山东省暨青岛市腐蚀与防护学会理事。主要从事仿生超疏液海洋防腐防污材料、材料海洋环境使役行为与机制、先进功能复合涂层与防护技术等方面的研究工作。先后主持国家级和省部级科研项目10余项，其中获批省部级人才项目3项，目前以第一作者和通讯作者在Chem. Eng. J.、J. Mater. Sci. Technol.、Corros. Sci.、Mater. Des.、Prog. Org. Coat.等重要学术期刊发表SCI论文80余篇，合作出版英文专著1部，获授权国家发明专利9件，论文总被引3600余次，H因子35，入选斯坦福-爱思唯尔全球前2%科学家榜单，并获山东省青年海洋科技奖、青岛市青年科技奖、海洋强国青年科学家提名、中科院朱李月华奖等奖励。
论文信息
Binbin Zhang*, Guangzhou Liang, Baorong Hou, Rubber running track inspired ultra-robust superhydrophobic coating armored with recycled tire rubber (RTR) particles for sustained corrosion resistance, Chemical Engineering Journal, 2025, 522, 167434.
论文链接
