基于液滴自弹跳效应的超疏水表面海洋大气腐蚀防护性能与机制研究

Marine atmospheric corrosion creates not only the safety risk to marine engineering facilities but also the economic losses. It is believed that the existence of water droplet over metal surface is the essential condition for occurrence of marine atmospheric corrosion. This project aims to reduce the formation and existence of water droplet over super-hydrophobic surface, and to prevent marine atmospheric corrosion based on self-propelled jumping effect. In this project, the following two important scientific problems will be solved: (1) The relationship between micro-structure of super-hydrophobic surface and energy evolution which is responsible for water droplet self-propelled jumping process; (2) The influence mechanism of environmental factors to water droplet self-propelled jumping behavior over super-hydrophobic surface. In further, the feasibility of utilizing super-hydrophobic surface as a barrier for atmospheric corrosion based on water droplet self-propelled jumping effect will be studied, and its corrosion protection mechanism will be clarified. A novel technology based on water droplet self-propelled jumping effect will be proposed for metal corrosion protection. This project has a great significance and scientific value in to develop theories about super-hydrophobic surface and marine atmospheric corrosion and protection. It will provide a theoretical support and guidance for the development of technique for marine atmospheric corrosion protection.

海洋大气腐蚀问题严重威胁海洋工程设施的安全，并造成严重的经济损失。材料表面液滴/膜的存在是海洋大气腐蚀发生的根本条件。本项目拟利用超疏水表面的液滴自弹跳效应，降低材料表面的润湿时间，去除表面污染物，达到海洋大气腐蚀防护的目的。这是超疏水表面实现海洋大气腐蚀防护作用的一个新的途径和机制，也将是海洋腐蚀与防护领域中一项新的研究和探讨。本项目拟解决超疏水表面微观结构参数与液滴自弹跳过程中能量转化的相关性，以及海洋大气腐蚀环境因素对液滴自弹跳行为的影响机制两个关键科学问题；进而设计制备利于液滴自弹跳行为的超疏水表面，揭示超疏水表面液滴自弹跳效应在海洋大气腐蚀防护中应用的可行性及适用条件，提出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。该研究的开展对于完善超疏水表面相关理论以及海洋腐蚀防护理论有重要意义和科学价值，也必将为海洋大气腐蚀防护技术的开发提供理论和实验基础。

本项目针对超疏水表面液滴自弹跳效应在海洋大气腐蚀防护中应用所涉及的问题，开展了如下四方面研究：新型超疏水表面制备技术开发及表面微观结构调控、超疏水表面微观结构与液滴自弹跳行为间的相关性研究、基于超疏水表面液滴自弹跳效应的海洋大气腐蚀防护机制研究、超疏水表面在海洋大气腐蚀防护中应用的技术开发。开发了包括电沉积法、水热法在内的一系列超疏水表面制备技术，掌握了处理条件与超疏水表面微观结构的相关性，进而实现了对超疏水表面微观结构在尺寸、特征、维数等多参数的调控。在此基础上，明确超疏水表面微观结构与液滴自弹跳行为间的相关性，研究发现，与复合微观结构相比，液滴更容易在单一微观结构超疏水表面发生自弹跳行为，且纳米尺寸超疏水表面更有利于液滴自弹跳行为的发生，为具有液滴自弹跳效应的超疏水表面设计构建提供指导。研究了海洋大气环境因素对超疏水表面液滴自弹跳行为的影响规律。证实：在模拟凝露、模拟降雾等多种模拟海洋大气腐蚀环境条件下，液滴都可以在超疏水表面发生自弹跳行为，为液滴自弹跳效应在海洋大气环境中应用提供了前提。研究了液滴自弹跳效应对超疏水表面腐蚀防护性能的影响，发现超疏水表面的液滴自弹跳行为可以有效降低基底腐蚀发生的概率，进而提出了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，该机制是超疏水表面实现海洋大气腐蚀防护的新的途径。基于上述结果，研究了样品放置方式对超疏水表面腐蚀防护性能的影响，以及超疏水表面稳定性等多个问题，为超疏水表面在实际海洋环境中应用打下了基础。上述研究结果进一步完善了超疏水表面理论体系，也为基于超疏水表面的海洋大气腐蚀防护技术开发提供依据。