浙大张庆华教授团队AM：“砖&泥”仿珍珠纳米异质结策略构筑智能长效防污耐腐蚀涂层

受珍珠“砖&泥”结构的启发，将改性后的MoS ₂ /MXene异质结作为“砖”复合到作为“泥”的聚脲改性有机硅基体(Pun)中，制备出具有持久防腐特性和智能防污模式的仿生珍珠复合涂层(Pun-HJT _x ) （图1） 。 一方面，MoS ₂ /MXene上的羟基可与Pun主链形成 氢键作用 ， 进而作为提供了物理交联位点的“砖”，提高了涂层的交联密度，减轻了因溶剂蒸发而产生的针孔等缺陷 ，并使涂层具有优异的防腐、防污和自愈性能。另一方面，作为“泥”的Pun由柔性基团(醚基团和硅氧烷基团)和刚性基团(苯环和尿素基团)组成，兼具刚性和柔韧特性。 进一步通过氢键作用填补不同“砖”块间的空间，有效防止MoS ₂ /MXene的直接接触，大幅改善MoS ₂ /MXene的纳米聚集程度，从而形成独特的“砖&泥”结构。

图1 仿生珍珠纳米复合涂层的设计原理

通过对纳米复合涂层的防腐蚀特性进行系统表征， 相对于商用PDMS，仿生珍珠复合涂层(Pun-HJT _x )表现出优异的防腐蚀特性，其具备较低的腐蚀敏感度的同时，对各类腐蚀介质还具备极强的抵御能力，其中Pun-HJT _0.5 的表现出比商用PDMS高出4个数量级的防腐蚀性能。 这主要是由于聚合物链与MoS ₂ /MXene形成了仿生的“砖&泥”结构，在腐蚀介质丰富且活跃的界面层中提供了强大的协同防腐机制。并且由于氢键的存在， “砖&泥”结构使得涂层更加致密，增强了涂层对界面腐蚀介质的隔离效果 。此外，如果腐蚀介质进一步渗透，在“砖&泥”结构中，充当“砖”的异质结将呈现出 迷宫效应，起到物理屏障的作用的同时并发生PSR反应 ，从而增强涂层的耐腐蚀性（图2）。

在防污性能方面，异质结构的加入赋予了涂层出色的智能防污性能，实现了“防御”和“进攻”模式之间的无缝转换，以满足不同的防污要求（图3）。此外，该研究还展示了涂层的自修复性能，纳米复合涂层利用MoS ₂ /MXene作为激活框架，使得Pun-HJTx表现出相对于商用PDMS更强大机械性能的同时，还赋予了其多源自愈能力，最高自修复率可达99.46%（图4）。

图2  仿生珍珠涂层的防腐蚀性能与防腐蚀机理

图3  仿生珍珠涂层的防污抗腐蚀性能