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智能聚合物材料为金属防腐打开新世界的大门，不仅能保护还能自我修复

文章来源：cnBeta，日月明尊，小鲤佳成更新时间：2023-09-01 15:39:10

金属腐蚀是全世界工业中最严重的问题之一。据专家称，目前全球损失已达2.5万亿美元，约占世界GDP的3.5%。现在许多企业寻求通过防止金属结构破坏的措施来降低此类成本。主要是在金属表面沉积一层保护性有机聚合物涂层。然而，活性成分的效果不够，并且会因环境（光和氧气）的影响而降解，这就是涂层必须再次修复的原因。这种修复、去除有缺陷的层并应用新的层被认为是一种昂贵且耗时的过程，因此，正在寻找新材料，可以有效地保护金属免受腐蚀。彼尔姆理工大学的科学家合成了一种具有记忆效应的新型聚合物，变形后可以自我修复。

一篇包含该研究结果的文章发表在《聚合物》杂志上。俄罗斯科学院乌拉尔分院的科学家也参与了开发。

智能聚合物材料

在科技的持续发展与进步中，材料科学一直扮演着关键的角色，聚合物材料作为一类重要的功能性材料，在过去几十年中得到了广泛的研究和应用，随着科学技术的不断进步，智能聚合物材料作为一种新兴材料，日益受到人们的关注和研究。

智能聚合物材料是一类能够在外界刺激下表现出特定响应行为的高级材料，这种材料能够对温度、pH值、光照、电磁场等环境因素做出自主适应，并通过改变其结构或性能来实现智能功能。

智能聚合物材料的引入为许多传统应用领域带来了全新的可能性，并在医学、电子、环保和能源等领域展现出巨大的潜力。

智能聚合物材料具有独特的特性，其最显著的特点是响应性和适应性，响应性是指智能聚合物材料能够对外界刺激做出特定的反应。

智能聚合物材料还具有良好的可调节性和可控性，通过调整材料的组分、结构和制备方法，可以实现不同程度的响应和适应效果。

智能聚合物材料通常具有优异的机械性能、化学稳定性和生物相容性，这使得它们在各个领域都具有广泛的应用前景。

智能聚合物，可以保护金属免受腐蚀

“智能”聚合物类别是在外部刺激（例如热）的影响下由于分散过程而暂时变形后能够恢复其原始形状的材料。记忆聚合物通常用于航空航天、医药、电子和许多其他行业。据理工学院介绍，未来在金属表面涂覆此类物质将节省高达30%的防腐蚀成本，而且其生产也将变得简单。

“自修复聚合物这一前景光明的技术为在极少或无需人为干预的情况下恢复涂层的保护性能开辟了新的可能性。我们创建了一种简单有效的聚合物合成方法，产品收率很高，接近 94%。它由在催化剂存在下用丙烯酸处理过的低聚二醇分子组成。制造技术非常简单，因此您可以安全地达到生产规模。”PNRPU 技术科学候选人 Dmitry Kiselkov 说道。

为了获得必要的材料，科学家们分两个阶段进行了实验。在第一所理工学院，低聚二醇、丙烯酸和其他物质在圆底烧瓶中混合，然后发生反应。接下来，研究人员去除沉淀物并过滤所得物质。第二阶段包括用环氧醇-缩水甘油处理所得低聚物并随后干燥。

“合成后，我们对在 Instron 3365 机器上获得的材料样品进行了机械测试。使用它，我们确定了我们合成的聚合物的性能特征：弹性、应力、强度（包括张力）和其他参数。另外，还进行了记忆特性的弯曲测试。我们在不同的方向和不同的温度下使样品变形。获得的结果表明，用低聚胺固化的聚合物具有较高的形状固定系数，在 50 度的温度下恢复时间长达 60 秒。”PNRPU 化学技术系副教授 Aleksey Slobodinyuk 说道。

科学家们还测试了制备的涂层的自愈能力。为此，他们用抹刀刮擦金属表面，然后将其加热至 60 度。实验结果显示，所产生的聚合物完全恢复，划痕也愈合了。

因此，科学家们创造了一种合成具有记忆特性的高性能聚合物的方法，可以轻松地扩大规模用于工业用途。这将能够显著降低防止金属形成腐蚀的措施的成本。

新防腐蚀聚合物会突出展示损害部位并自我修复

苏黎世联邦理工学院的工程师们已经开发出一种多功能的新材料，它应该有助于正在进行的与建筑物和车辆腐蚀问题的拉锯战。这种聚合物涂层不仅可以防止腐蚀，而且可以在裂缝形成时突出显示、自动修复自身的损坏，并在其寿命结束时可以回收利用。

这种新材料被称为聚苯亚甲基，或简称PPM，它可以被喷到一个表面上，在那里它硬化成一个固体聚合物涂层。为了测试它作为腐蚀屏障的性能如何，该团队进行了一项加速老化实验，将铝合金样品暴露在有或没有PPM涂层的盐溶液中，涂有30和50微米厚的PPM层的金属在加速老化的许多周期后没有显示出明显的腐蚀。

PPM还显示了自我修复能力。当研究小组故意划伤涂层，然后将其暴露在溶液中时，发现它能迅速自行修补断裂处。这是因为溶液与下面的铝发生反应，导致该区域升温并融化聚合物，使其刚好流入缺口，缺口被填满后，溶液和金属之间的接触被打破，冷却下来的涂层就会再次变硬。

这种聚合物也会对这种损坏发出预先警告，提醒需要人为干预。PPM在紫外光下会发出荧光，但如果它被损坏就不会发出荧光，这样就可以清楚地检查出可能难以发现的裂缝。

即使在其寿命结束时，这种超强的材料也不会停止--它可以被回收并应用于新的表面。相比之下，类似的聚合物只能被扔进垃圾场或焚烧。在测试中，研究人员将其移除并回收，材料仅损失了5%，即使经过五个循环的重复使用，其性能也没有下降。

研究人员目前正在为这种材料申请专利，而进一步的工作将研究如何改进这种配方。

该研究发表在《聚合物》杂志上。

原文链接：https://www.xianjichina.com/special/detail_531860.html
来源：贤集网
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