获奖项目名称：

基于表面润湿性能调控的海洋大气腐蚀防护机制研究

第一完成单位：

中国科学院海洋研究所

项目联系人：

臧雪瑞

联系人电话：

15192775783

联系人邮箱：

zangxuerui@qdio.ac.cn

项目简介：

  海洋大气腐蚀问题严重威胁海洋工程安全，并造成严重的经济损失，材料表面润湿性调控是实现海洋腐蚀防护有效手段之一。材料表面液滴/膜的存在是海洋大气腐蚀发生的根本条件，理论上，超疏水表面可以利用疏液特性阻止液滴在表面的存在，在大气腐蚀防护中具有潜在的应用前景。然而，超疏水表面在实际应用过程中，存在腐蚀防护机制不清，表面机械稳定性差两方面问题。
  针对上述问题，该项目在实现表面微观结构的可控制备的基础上，提出基于液滴自弹跳效应的超疏水表面海洋大气腐蚀防护新机制，突破了超疏水表面海洋大气腐蚀防护机制的传统认知；提出了基于中间层性能调控的高稳定性超疏水表面的设计构建策略，为具有高机械稳定性超疏水表面的设计构建提供新的解决思路。主要创新成果包括：
  （1）开发了电化学沉积等一系列仿生超疏水表面制备技术，揭示了电化学沉积过程中金属晶体微观结构生长及演化机制。实现了对表面微观结构从单一到复合，从枝状到花状，从锥状到棒状的可控调控，并从晶系本征结构和晶体过饱和度两个方面提出晶体微观形貌调控机制，为后续研究超疏水表面防护机制、稳定性提升策略等方面提供基础。
  （2）率先提出了基于超疏水表面“液滴自弹跳效应”的海洋大气腐蚀防护新机制，该机制区别于传统的“荷叶效应”，是超疏水表面实现大气腐蚀防护的新途径。发现超疏水表面合并液滴基于液滴表面能的释放及转化，促使液滴与超疏水表面的接触方式由“Wenzel”态向“Cassie”态转变，降低大气腐蚀发生的概率。在此基础上，系统构建了模拟海洋大气环境中超疏水表面微观结构、表面自由能与液滴自弹跳行为的相关性模型，发现低表面能和低表面粗糙度两个关键因素，通过降低固液接触面积及对液滴的粘附作用等途径，降低固液粘附耗散能，进而促进液滴发生自弹跳行为。
  （3）针对超疏水表面微结构/基底界面稳定性差这一核心问题，提出了基于界面中间层性能调控的机械稳定性提升新策略。发现中间层粘合、力学、自修复三方面性能的调控与界面稳定性直接相关。水玻璃作为界面粘合剂，通过提升界面粘合性能强化界面耐冲击能力；硅树脂基高弹性中间层可以通过能量吸收释放的机制降低外界冲击对界面的破坏；聚氨酯基中间层通过其自修复性能的赋予实现对破坏后界面的修复。
  研究成果出版专著1部，发表SCI收录论文100余篇。5篇代表性论文包括专著1部，SCI论文4篇；4篇代表性论文均发表在腐蚀领域最具影响力的国际学术刊物CorrosionScience上。论文入选ScienceDirectTop25HottestArticle，TheMostCitedArticle，Themostdownloadedarticle,ESI高被引论文等。多次在国内外学术研讨会发表大会特邀报告。研究成果被国际网站AdvancesinEngineering等多家国内外媒体报道。该项目研究获得国家自然科学基金委-优秀青年基金项目等项目资助。基于本项目研究，多位项目完成人入选国务院特殊津贴专家、山东省泰山学者特聘专家等国家及省部级人才工程。