上海电力大学曹怀杰《Vacuum》：空气中碳氢化合物诱导多功能防护涂层的绿色制备及防护机制

涂层技术是金属表面防护的常用方法，而多功能防护涂层的绿色制备仍存在挑战。超疏水涂层呈现多功能性，在金属表面防护领域被广泛研究。表面粗糙度和低表面能修饰是实现润湿性转变的两个关键因素，而传统制备方法仍存在流程相对复杂、高成本、环境问题（有机溶剂和含氟试剂修饰）。如何利用绿色制备方法实现多功能防护性能引起研究者关注，同时涂层实现稳定的高温疏水性能存在挑战。空气中碳氢化合物可被用于表面修饰，为超疏水防护涂层的绿色制备提供可能。

上海电力大学曹怀杰近年来围绕金属表面腐蚀防护开展相关研究。基于团队前期在超疏水防护涂层（Surf. Coat. Technol. 2022, 449, 128952; Prog. Org. Coat. 2023, 177, 107446; J. Colloid Interface Sci. 2021, 598, 483-491）方面的研究基础，近期在《Vacuum》期刊发表“Airborne hydrocarbon induced multifunctional coating towards bouncing characteristics, icing delaying, hot-water repellency and anti-corrosion on copper”研究论文，本文提出了空气中碳氢化合物诱导多功能防护涂层绿色制备的方法，研究了空气中碳氢化合物吸附对表面能、高温疏水性、延迟结冰及防腐性能的影响。从微观结构、液-固接触变化及表面能变化等方面讨论了涂层的防护机制。

电沉积的阴、阳极铜放置空气中后，均能实现润湿性转变。阳极铜溶解实现表面粗糙化、阴极铜表面铜颗粒沉积构筑微纳化粗糙结构。而阴极铜表面缓慢氧化，有助于吸附碳氢化合物，实现超疏水性。水滴在表面呈现低滚动角、低粘附性和弹性润湿行为。阴极铜样品实现超疏水性转变后，表现出高稳定性，对95℃高温水滴呈现稳定疏水性。样品在95℃水中浸泡72h后，仍呈现疏水性能。相比于疏水阳极铜表面，水滴在超疏水涂层表面结冰温度降低，结冰时间滞后。另外，涂层浸泡在3.5wt.% NaCl溶液中28天后，仍呈现更低的腐蚀电流密度（3.38×10-8 A/cm2）。

图1 空气碳氢化合物诱导多功能表面的防护机制

图2 阳极、阴极铜样品表面和截面微观结构图

图3不同样品润湿性及高温疏水性能

图4 样品表面化学组成分析

图5 不同样品延迟结冰性能对比

总之，作者发现电沉积构筑微纳化粗糙铜颗粒经缓慢氧化，吸附空气中碳氢化合物后，能够呈现稳定的超疏水性。XPS分析结果证明了阴极铜表面在相对干净气氛中，缓慢氧化形成微纳结构后更有助于碳氢化合物的吸附。表面微结构和空气中碳氢化合物诱导润湿性转变，形成稳定、多功能化的涂层。涂层呈现高温疏水性、低温延迟结冰及盐溶液中稳定防腐性能。该研究提出了多功能涂层的绿色制备方法，有助于理解涂层的表面防护机制。

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