高性能碳气凝胶微纳米容器实现pH响应型自修复防腐涂层的突破性研究

本文开发了APTES改性海藻酸钠基碳气凝胶(Si-SACA)作为智能微纳米容器，通过29.02%苯并三唑(BTA)负载率和pH响应释放机制，显著提升环氧涂层(EP)的防腐性能(|Z|f=0.01Hz > 1010 Ω·cm2)和自修复能力(48小时模量值恢复至5.25×104 Ω·cm2)，为解决金属腐蚀这一"工业癌症"提供了创新解决方案。

　　

Highlight

本研究通过3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性海藻酸钠基碳气凝胶(Si-SACA)，构建了具有高负载率(29.02 wt%)、低导电性和pH响应释放特性的智能微纳米容器，为环氧防腐涂层(EP)赋予了"双保险"机制：完整涂层的超强屏障功能(低频阻抗达10¹⁰ Ω·cm²量级)和损伤区域的自修复能力(48小时形成BTA-金属螯合保护膜)。

Materials

实验采用海藻酸钠(SA)、三聚氰胺和APTES为主要原料，通过冷冻干燥和高温碳化工艺制备具有三维纳米多孔结构的碳气凝胶。苯并三唑(BTA)作为明星有机缓蚀剂，通过π-π堆积作用负载于气凝胶骨架，其释放行为受环境pH精确调控。

Structural and morphological characterization

XRD分析(图S1)显示Si-SACA具有非晶态石墨碳特征，APTES修饰显著提升了材料石墨化程度。FT-IR谱图(图1a)中3426 cm^-1处的羟基(-OH)特征峰证实了材料表面丰富的活性位点，而BTA负载后出现的C=N振动峰(1458 cm^-1)验证了成功装载。BET测试揭示改性后的气凝胶比表面积提升至682.4 m²/g，为BTA分子提供了充足的"停车位"。

Conclusion

这项突破性工作证明：通过精准调控碳气凝胶的化学修饰和孔结构设计，可同步实现缓蚀剂的高效负载(29.02 wt%)、智能释放(pH响应)和导电性抑制(<10^-6 S/cm)，为开发新一代"会思考"的智能防腐涂层提供了范式转移。