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智能聚合物材料為金屬防腐打開新世界的大門，不僅能保護(hù)還能自我修復(fù)
文章來(lái)源：cnBeta，日月明尊，小鯉佳成 更新時(shí)間：2023-09-01 15:39:10
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金屬腐蝕是全世界工業(yè)中最嚴(yán)重的問(wèn)題之一。據(jù)專家稱，目前全球損失已達(dá)2.5萬(wàn)億美元，約占世界GDP的3.5%。現(xiàn)在許多企業(yè)尋求通過(guò)防止金屬結(jié)構(gòu)破壞的措施來(lái)降低此類成本。主要是在金屬表面沉積一層保護(hù)性有機(jī)聚合物涂層。然而，活性成分的效果不夠，并且會(huì)因環(huán)境（光和氧氣）的影響而降解，這就是涂層必須再次修復(fù)的原因。這種修復(fù)、去除有缺陷的層并應(yīng)用新的層被認(rèn)為是一種昂貴且耗時(shí)的過(guò)程，因此，正在尋找新材料，可以有效地保護(hù)金屬免受腐蝕。彼爾姆理工大學(xué)的科學(xué)家合成了一種具有記憶效應(yīng)的新型聚合物，變形后可以自我修復(fù)。 一篇包含該研究結(jié)果的文章發(fā)表在《聚合物》雜志上。俄羅斯科學(xué)院烏拉爾分院的科學(xué)家也參與了開發(fā)。 智能聚合物材料 在科技的持續(xù)發(fā)展與進(jìn)步中，材料科學(xué)一直扮演著關(guān)鍵的角色，聚合物材料作為一類重要的功能性材料，在過(guò)去幾十年中得到了廣泛的研究和應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能聚合物材料作為一種新興材料，日益受到人們的關(guān)注和研究。 智能聚合物材料是一類能夠在外界刺激下表現(xiàn)出特定響應(yīng)行為的高級(jí)材料，這種材料能夠?qū)囟取H值、光照、電磁場(chǎng)等環(huán)境因素做出自主適應(yīng)，并通過(guò)改變其結(jié)構(gòu)或性能來(lái)實(shí)現(xiàn)智能功能。 智能聚合物材料的引入為許多傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域帶來(lái)了全新的可能性，并在醫(yī)學(xué)、電子、環(huán)保和能源等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。 智能聚合物材料具有獨(dú)特的特性，其最顯著的特點(diǎn)是響應(yīng)性和適應(yīng)性，響應(yīng)性是指智能聚合物材料能夠?qū)ν饨绱碳ぷ龀鎏囟ǖ姆磻?yīng)。 智能聚合物材料還具有良好的可調(diào)節(jié)性和可控性，通過(guò)調(diào)整材料的組分、結(jié)構(gòu)和制備方法，可以實(shí)現(xiàn)不同程度的響應(yīng)和適應(yīng)效果。 智能聚合物材料通常具有優(yōu)異的機(jī)械性能、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性，這使得它們?cè)诟鱾€(gè)領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。 智能聚合物，可以保護(hù)金屬免受腐蝕 “智能”聚合物類別是在外部刺激（例如熱）的影響下由于分散過(guò)程而暫時(shí)變形后能夠恢復(fù)其原始形狀的材料。記憶聚合物通常用于航空航天、醫(yī)藥、電子和許多其他行業(yè)。據(jù)理工學(xué)院介紹，未來(lái)在金屬表面涂覆此類物質(zhì)將節(jié)省高達(dá)30%的防腐蝕成本，而且其生產(chǎn)也將變得簡(jiǎn)單。 “自修復(fù)聚合物這一前景光明的技術(shù)為在極少或無(wú)需人為干預(yù)的情況下恢復(fù)涂層的保護(hù)性能開辟了新的可能性。我們創(chuàng)建了一種簡(jiǎn)單有效的聚合物合成方法，產(chǎn)品收率很高，接近 94%。它由在催化劑存在下用丙烯酸處理過(guò)的低聚二醇分子組成。制造技術(shù)非常簡(jiǎn)單，因此您可以安全地達(dá)到生產(chǎn)規(guī)模。”PNRPU 技術(shù)科學(xué)候選人 Dmitry Kiselkov 說(shuō)道。 為了獲得必要的材料，科學(xué)家們分兩個(gè)階段進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在第一所理工學(xué)院，低聚二醇、丙烯酸和其他物質(zhì)在圓底燒瓶中混合，然后發(fā)生反應(yīng)。接下來(lái)，研究人員去除沉淀物并過(guò)濾所得物質(zhì)。第二階段包括用環(huán)氧醇-縮水甘油處理所得低聚物并隨后干燥。 “合成后，我們對(duì)在 Instron 3365 機(jī)器上獲得的材料樣品進(jìn)行了機(jī)械測(cè)試。使用它，我們確定了我們合成的聚合物的性能特征：彈性、應(yīng)力、強(qiáng)度（包括張力）和其他參數(shù)。另外，還進(jìn)行了記憶特性的彎曲測(cè)試。我們?cè)诓煌姆较蚝筒煌臏囟认率箻悠纷冃巍＋@得的結(jié)果表明，用低聚胺固化的聚合物具有較高的形狀固定系數(shù)，在 50 度的溫度下恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 60 秒。”PNRPU 化學(xué)技術(shù)系副教授 Aleksey Slobodinyuk 說(shuō)道。 科學(xué)家們還測(cè)試了制備的涂層的自愈能力。為此，他們用抹刀刮擦金屬表面，然后將其加熱至 60 度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所產(chǎn)生的聚合物完全恢復(fù)，劃痕也愈合了。 因此，科學(xué)家們創(chuàng)造了一種合成具有記憶特性的高性能聚合物的方法，可以輕松地?cái)U(kuò)大規(guī)模用于工業(yè)用途。這將能夠顯著降低防止金屬形成腐蝕的措施的成本。 新防腐蝕聚合物會(huì)突出展示損害部位并自我修復(fù) 蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的工程師們已經(jīng)開發(fā)出一種多功能的新材料，它應(yīng)該有助于正在進(jìn)行的與建筑物和車輛腐蝕問(wèn)題的拉鋸戰(zhàn)。這種聚合物涂層不僅可以防止腐蝕，而且可以在裂縫形成時(shí)突出顯示、自動(dòng)修復(fù)自身的損壞，并在其壽命結(jié)束時(shí)可以回收利用。 這種新材料被稱為聚苯亞甲基，或簡(jiǎn)稱PPM，它可以被噴到一個(gè)表面上，在那里它硬化成一個(gè)固體聚合物涂層。為了測(cè)試它作為腐蝕屏障的性能如何，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一項(xiàng)加速老化實(shí)驗(yàn)，將鋁合金樣品暴露在有或沒(méi)有PPM涂層的鹽溶液中，涂有30和50微米厚的PPM層的金屬在加速老化的許多周期后沒(méi)有顯示出明顯的腐蝕。 PPM還顯示了自我修復(fù)能力。當(dāng)研究小組故意劃傷涂層，然后將其暴露在溶液中時(shí)，發(fā)現(xiàn)它能迅速自行修補(bǔ)斷裂處。這是因?yàn)槿芤号c下面的鋁發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致該區(qū)域升溫并融化聚合物，使其剛好流入缺口，缺口被填滿后，溶液和金屬之間的接觸被打破，冷卻下來(lái)的涂層就會(huì)再次變硬。 這種聚合物也會(huì)對(duì)這種損壞發(fā)出預(yù)先警告，提醒需要人為干預(yù)。PPM在紫外光下會(huì)發(fā)出熒光，但如果它被損壞就不會(huì)發(fā)出熒光，這樣就可以清楚地檢查出可能難以發(fā)現(xiàn)的裂縫。 即使在其壽命結(jié)束時(shí)，這種超強(qiáng)的材料也不會(huì)停止--它可以被回收并應(yīng)用于新的表面。相比之下，類似的聚合物只能被扔進(jìn)垃圾場(chǎng)或焚燒。在測(cè)試中，研究人員將其移除并回收，材料僅損失了5%，即使經(jīng)過(guò)五個(gè)循環(huán)的重復(fù)使用，其性能也沒(méi)有下降。 研究人員目前正在為這種材料申請(qǐng)專利，而進(jìn)一步的工作將研究如何改進(jìn)這種配方。 該研究發(fā)表在《聚合物》雜志上。 原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_531860.html 來(lái)源：賢集網(wǎng) 著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。 |
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