预植入双分子共锚定策略：一种提升铝合金超疏水复合涂层耐久性的创新方法

为解决传统超疏水涂层机械强度低、耐久性差的问题，天津民航大学研究人员以铝合金为基底，通过预植入甘氨酸（Gly）和乙二胺二盐酸盐（EDD）优化Ni-Zn合金电沉积过程，并结合十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）构建复合涂层。该涂层接触角达165.0°，兼具优异抗冰、防腐性能及机械化学稳定性，为高性能疏水材料设计提供新思路。

　　

论文解读
研究背景与挑战
超疏水涂层因其自清洁、防腐蚀和抗粘附特性，在航空航天、海洋工程等领域备受关注。然而，传统涂层普遍面临机械强度不足、耐久性差等问题，难以在复杂环境中长期保持功能。例如，铝合金（Al alloy）作为轻量化功能材料，虽广泛应用于航空航天领域，但其天然氧化铝（Al₂O₃）层易受腐蚀介质侵蚀，导致性能衰退^[22-24]。此外，超疏水涂层的微纳结构脆弱性使其在机械磨损后迅速失效。因此，开发兼具高耐久性与强附着力的超疏水涂层成为研究重点。

研究方法与技术
本研究采用阳极氧化法在铝合金表面构建多孔氧化铝（AAO）层，并通过电沉积工艺预植入双分子介质——甘氨酸（Gly）和乙二胺二盐酸盐（EDD）。其中，EDD通过氨基（–NH₂）与金属离子强配位调控Ni-Zn合金共沉积动力学，而Gly则通过羧基（–COOH）与硅烷形成化学键合。最终，HDTMS通过双分子共锚定作用与AAO及Ni-Zn层结合，形成AAO/Ni-Zn(Gly&EDD)/HDTMS复合涂层。

研究结果与结论

1. 界面共锚定机制
   EDD的双氨基可同时连接AAO羟基与HDTMS硅醇基，而Gly的氨基与铝基底形成Al-N键，羧基与硅烷生成C-O-Si键。这种双分子协同作用显著增强了界面结合强度。

2. 涂层性能表征
   复合涂层接触角达165.0°±0.26°，滚动角<10°，表现出优异超疏水性。电化学测试显示其腐蚀电流密度较裸铝降低两个数量级，抗结冰实验表明涂层可延缓冰层形成。

3. 机械耐久性
   经砂纸打磨和胶带剥离测试后，涂层仍保持超疏水特性，验证其抗磨损性能。

研究意义与创新点
本研究通过双分子共锚定策略突破传统涂层附着力瓶颈，为铝合金表面防护提供新方案。其创新性体现在：（1）首次将EDD与Gly联用调控电沉积过程；（2）实现化学键合与物理结构协同增强；（3）制备的涂层兼具超疏水性、抗腐蚀及抗结冰功能。该成果为极端环境下的材料防护提供了理论依据与技术支撑，相关研究发表于《Applied Surface Science》。

技术方法概述
研究采用阳极氧化法制备AAO层，通过电沉积引入Ni-Zn合金层，并利用Gly和EDD优化沉积过程。最后，通过溶胶-凝胶法负载HDTMS完成复合涂层构建。

讨论与展望
本研究证实，双分子共锚定策略可有效解决超疏水涂层附着力不足的难题。未来需进一步探索其在动态流体环境中的稳定性，并拓展至其他金属基底。该策略为多功能涂层设计提供了普适性框架，有望推动高性能材料在航空航天等领域的应用。