在现代工业中，材料保护和延长使用寿命是至关重要的问题，特别是在涉及复杂流体动力学环境和腐蚀性流体的应用中。在船舶、涡轮机、泵和管道等众多机械装置和结构中，气蚀和腐蚀是普遍存在的。这不仅会导致设备性能下降，还会增加维护成本和停机时间。因此，开发具有优异抗气蚀和防腐性能的涂层材料，已成为解决这一问题的关键途径。
作为一种新型的防护材料，聚氨酯涂层因其优异的机械性能和良好的化学稳定性而受到广泛关注。研究表明，聚氨酯涂层能有效抵抗气蚀和腐蚀，显著延长设备的使用寿命。然而，在实际应用中，聚氨酯涂层面临环境应力和机械冲击的挑战，容易出现开裂、剥落等问题，影响其防护效果。传统涂层在遭受外部冲击后往往缺乏自修复能力，导致其在恶劣环境下使用的可靠性不足。因此，迫切需要寻找新的材料和方法来提高涂层的耐久性和功能性。
自修复材料的研究是应对这些挑战的有效解决方案。自修复涂层在遭受损伤后自动恢复其性能，为工业应用提供了巨大的潜力。这一研究领域已经发展了几十年，采用了多种策略来实现自修复功能，如通过微胶囊释放修复剂来实现外部辅助的自修复，以及通过打破和重组动态键进行内在自修复。然而，对于外部辅助自修复涂层，携带修复剂的最大量存在一个固有的上限，导致其修复能力只能维持有限的次数，很难满足对涂层的长期需求。另一方面，虽然内在自修复理论上可以实现无限制修复，但所需的修复时间从几小时到几天不等，这严重影响了其保护的时效性。
二维石墨烯纳米片具有优异的光热转换性能。在外部光源的辅助下，将石墨烯引入内在自修复涂层中，可以有效地提高修复效率。然而，一个重要的问题是石墨烯在有机涂层中容易团聚，导致分散性不佳。石墨烯的均匀分散对复合材料的性能至关重要，不均匀的分散可能导致局部缺陷，影响材料的整体强度和耐久性。尽管已有许多研究将功能化石墨烯引入内在自修复涂层中以提高其自修复效率，但关于这类复合涂层在气蚀和腐蚀环境中的应用研究却相对较少。
近期，西南交通大学与吉林大学联合开发了一种具有光热自修复功能的新型抗气蚀、防腐复合涂层。
通过将4-三氟甲氧基苯基异氰酸酯功能化的还原氧化石墨烯（HRGO）添加到具有最佳机械性能的聚脲涂层（软链段分子量为650g/mol，硬链段含量为40wt%）中，获得具有抗气蚀、防腐和自修复的复合涂层（H-DAPU）。
该复合涂层的抗应力比原始涂层提高了8MPa。该复合涂层具有优异的抗气蚀性能，连续气蚀48h后，质量损失仅为6.3mg，比原始涂层高37.6%。在3.5wt%NaCl溶液中浸泡10天后，该复合涂层的低频阻抗模值仍保持在3.2×107Ω·cm2，表现出优异的防腐性能。此外，该复合涂层在30s的近红外照射下可修复表面裂纹，在60秒近红外照射下，自修复效率达到了92.2%，表现出优异的光热自修复能力。综上所述，本研究为增强海洋工程设备动力部件的长效防腐提供了一种创新方法。
HRGO合成工艺
合成过程
(a)预聚物；(b)PU；(c)DAPU；(d)H-DAPU的合成过程
自修复
(a)H-DAPU和DAPU2自修复过程的显微照片；(b)H-DAPU的自修复机制；(c)不同光照时间下H-DAPU的自修复效率。
数据来源与出处
相关研究成果以发表在《Progress in Organic Coatings》上。
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