合成涂层保护金属不生锈和自我修复时损坏

在工业化国家，腐蚀造成每年高达经济表现的4％。保护金属有效保护金属的物质往往对环境造成损害或有其他缺点。因此，使用Martin Stratmann和Michael Rohwerderat的科学家Max-Planck-InstitutFür·艾森福（Isenforschung（Isenforschung（Isenforschung）正在开发合成涂料，如果它们损坏，可以保护钢和其他金属免受生锈并治愈。

Erin Brockovich将世界熟悉的问题谈到了Max-Planck-Institutfüreisenforschung现在希望解决一次和所有人的问题。Brockovich的故事是毒药，大笔资金和近2000人的健康之一;这是一个女人的故事，为膝盖带来强大的公司。这些成分仅提供了好莱坞喜欢与之合作的那种混合。这一事实是，电影艾琳Brockovich Stars Julia Roberts作为同名美国法律职员和环境活动家可能创造了更大的对问题的认识：致癌铬（VI）。

1952年至1966年间，加州能源公司太平洋天然气和电力公司允许这种物质渗入欣克利镇的地下水。因此，在Erin Brockovich提起法律诉讼后，该公司被要求向该镇居民支付约2亿美元，并向律师支付另外1.33亿美元。

六价铬盐仍然是防腐的标准，但已被禁止在许多其他应用中使用。现在，人们正在寻找一种同样有效、但对环境无害的替代品。毕竟，工业化国家每年有3 - 4%的国内生产总值被腐蚀;仅在德国，这一数字就超过750亿欧元。马普研究所(für Eisenforschung, Düsseldorf)的马丁·斯特拉特曼(Martin Stratmann)和迈克尔·罗威德(Michael Rohwerder)正在研究腐蚀过程，腐蚀主要影响金属材料，并寻找防止腐蚀的方法。欧洲杯足球竞彩

他们的目标是识别将保护各种金属，但尤其是钢和铝，腐蚀的合成涂料，并且在损坏时会愈合自己，就像生物的皮肤一样。这种涂层 - 通常在彩色漆下方 - 将构成抵抗金属喷雾的舷罩。在大多数钢中，直接涂在纸张上的锌涂层形成额外的屏障;在铝的情况下，这采用致密且高度耐氧化物层的形式。如果通过刮擦，保护层和下面的金属均损坏，则旨在使合成涂层能够在锌的帮助下保持任何腐蚀，直到材料中的肠被再次密封。

好处在两个领域:先完成，然后制造

这种覆盖层不仅可以消除六价铬的问题，而且还具有其他优点。例如，它应该使钢铁制造商至少减少锌层，因为即使是锌在某些方面也是有争议的。分子结构和表面设计研究小组负责人Michael Rohwerder说:“锌涂层实际上可以在一定程度上自我修复，因为它也会在裂缝和孔洞中沉积钝化氧化锌，防止进一步腐蚀。”“然而，从环境的角度来看，它被认为是有问题的，它昂贵，而且在激光焊接时容易蒸发，污染焊接设备。”2020欧洲杯下注官网

在Düsseldorf的材料科学家们正在开发的涂料也可以减少飞机的维护需求。欧洲杯足球竞彩例如，它们翅膀上的任何细微划痕都会立即被一层自愈层密封起来。就目前的情况来看，航空公司必须定期检查飞机，即使是最轻微的损坏，也要花相当大的费用进行维修。

最后，金属的自愈性皮肤可以标志着汽车和机械制造的新章。目前，车身不能用保护涂层治疗，直到它们具有最终形状。预先对待钢材将更便宜，但会做得几乎不好，因为在形成材料时，在保护性皮肤中形成细裂缝。再次，自我修复层可以解决这个问题，使汽车制造商和机械工程师以及钢铁生产商来解决这个问题。制造商可以削减与核心业务无关的昂贵步骤，而钢铁生产商可以使其产品更有价值和有利可图。

因此，Martin Stratmann和Michael Rohwerder因此没有缺乏开发自我愈合聚合物涂料的原因 - 然而，这是一个造成许多挑战的任务。为了了解困难的谎言和杜塞尔多夫的科学家们已经使用（或计划使用）克服它们的伎俩，这很快就会快速看看腐蚀过程是有帮助的。

杜塞尔多夫最大普朗克研究所的界面化学和地表工程系主任马丁斯特拉特曼说，“腐蚀是冶金逆转。”它会影响除贵金属外的所有金属。锈病可能是最突出且经济上相关的情况，当氧气氧化铁时发生。铁腐蚀破坏了炉子的工作，将氧化铁和其他矿石转化为基本金属。

离子的氧气胃口

在完全干燥的空气中，铁不会腐蚀。在这些条件下的大气氧是太乐意啃金属。但在没有水分的情况下，铁很快就会被伸出到达，类似于狗从中吃的罐头罐头。这是因为在暴露于空气的铁上迅速形成薄的氧化铁层，并且在干燥条件下，氧不能足够反应以穿透该层。

一旦水，或在最坏的盐水中，就会发挥作用，情况完全不同。有一件事，不同氧化物的多孔潮湿的混合物在铁上形成，并且这些碎片在层中，为氧气施加恒定的食物供应。此外，水 - 及以上所有盐水 - 含有作为锈的开胃和消化增强剂的离子，因为它们使水中存在的氧气能够获得金属。测量金属对腐蚀性易感性的一种方法是找到其电化学潜力。电位越低，金属的碱性越多，越容易将其落入氧气或其他氧化剂。

但是铁不是唯一在氧气攻击的第一个标志中覆盖保护层的唯一材料;其他金属，如锌，这样做。在锌的情况下，表面上的氧化锌和碳酸锌的覆盖物非常厚的覆盖物，使其在正常湿度下比更高贵的铁更耐抗性。镀锌板金属的防锈保护基于这种现象，但不是单独的这种现象。由于锌比铁的基本更为基础，因此如果片材划伤，它首先腐蚀。在7微米厚的锌涂层的小曝光表面上，氧化物不能形成它用于使锌从侧面喷射的结构。最糟糕的是，它完全牺牲了自身，以保护潜在的钢免受腐蚀。

Düsseldorf的团队希望通过使用一种比锌更能自我愈合的聚合物皮肤来避免这种牺牲。他们是在对某些塑料的研究基础上进行的，这些塑料是材料科学家们在腐蚀防护领域进行了近30年的实验:导电聚合物。欧洲杯足球竞彩Michael欧洲杯足球竞彩 Rohwerder说:“这些材料在早期用于商业防腐，但它们不能正常工作，大多数产品已经从市场上消失了。”“在某些情况下，使用这些产品甚至会导致腐蚀加剧。”Düsseldorf-based材料科学家欧洲杯足球竞彩们在理解导电聚合物如何防锈——何时防锈——以及为什么在什么条件下会生锈方面做出了很大贡献。

Kelvin探测器在腐蚀开始时显示

Martin Stratmann为此任务开发了一个有效的仪器。或者更确切地说：他有希望精确地使用众所周知的设备，以便为此目的 - Kelvin探头。凭借其玻璃前沿，盒形器件可让人想起微波炉和大致相同的高度。内部是针形电极，该装置的核心。这用于测量电压并确定必须耗费多少努力，以便从表面弹射电子。这种电子亲和力是金属化学性质的量度：在贵金属的情况下碱金属较小并且相对较大。当材料表面的变化时，它也会改变，例如金属开始腐蚀。在这些情况下，Kelvin探头记录了剧烈的电压下降，而相反地，一旦腐蚀保护踢出，电压就会向上拍摄。

导电聚合物只能防止小缺陷

马丁·斯特拉特曼说:“开尔文探针的优势在于，我们可以用它来跟踪金属表面通过一层湿气膜所发生的过程。”然而，探测器的探测范围不仅仅是水滴。“在某些阶段，没有任何主要的期望，我们只是通过聚合物来观察金属，”化学家解释道。这样，研究人员就在材料科学的盲点上找到了突破口，因为当锈迹侵蚀聚合物涂层下的钢材时，开尔文探针也能提供可靠的信息。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

使用该工具，研究人员系统地筛选含有导电聚合物的不同涂层，并在不断变化的条件下测试它们的腐蚀保护。聚合物包括带正电荷的结构，其运输电流和移动负离子。根据Max Planck研究团队的调查结果，他们的保护效果是因为它们的电化学电位高于铁的保护效果，并且它们与其共享导电连接。结果，它们不仅可以作为屏障，如每种其他合成涂层，而且实际为金属提供主动保护。如果涂层损坏，则金属的较低电位调节到聚合物的潜力，这对于抗腐蚀而言过高 - 至少在理论上。

实际上，这种保护只有在损害不太严重的情况下才有效。如果划痕的宽度超过十分之一毫米，这种金属就不会有喘息的机会。而且，在大多数应用中，仅仅保护面积小于半平方毫米的损伤是不值得的。此外，当暴露在含有氯化物的溶液中时，这种聚合物也没有达到预期的效果，因为氯化物是特别强烈的腐蚀促进剂。考虑到海水中丰富的氯化物含量和冬季道路的盐分，如果这些涂料是为了保护船舶和汽车不生锈，这就很不方便。

活性聚合物涂层可能会防止保护破坏

聚合物涂层提供更好的保护，如果他们含有磷酸盐或类似的阴离子形式的移动粒子。欧洲杯猜球平台与腐蚀金属的离子一起，它们可以形成一层保护层，保护材料免受氧气及其助手的进一步攻击，类似于氧化锌及其母金属。只有当腐蚀发生时，阴离子才会被释放出来。从理论上讲，这是可能的，因为在这些条件下，聚合物结构会抓住氧所追逐的铁电子，失去它的电荷和导电性。

负离子现在需要另一种电荷平衡，他们在腐蚀金属的正离子中找到了这种平衡。如果一切顺利，它们就会从聚合物涂层迁移到划痕处，就钢铁而言，它们会与锌或铁离子形成所需的保护层。然而，通常情况下，一切并不顺利。“然后金属离子像高速公路一样流入聚合物，实际上加速了腐蚀，”Michael Rohwerder解释道。

关于使用塑料外壳的腐蚀保护，这是一个相当不完善的情况。但也有好消息。Düsseldorf-based的马克斯·普朗克研究人员的工作揭示了实现腐蚀保护的方法，这种方法对何时起作用不那么挑剔，最重要的是，绝不让对手得逞。

第一个线索随着观察结果，仅当它们在金属上形成连续涂层时，仅当它们形成连续涂层时，导电聚合物的观察结果仅突出了腐蚀保护。然而，如果科学家在蛋糕中的电绝缘塑料中以电绝缘塑料分布小簇，则导电聚合物可以利用它们的优点而不用作腐蚀的高速公路。“对于工作的腐蚀保护，我们必须确保聚合物颗粒与下面的金属和彼此相邻的距离接触，”Rohwerder说。欧洲杯猜球平台

从这一发现,它不是大跳的想法整合胶囊在导电涂料,聚氨酯用于油漆和清漆等,这将释放聚氨酯的分量叠加的损伤,修复塑料涂层比锌更持久的方式。Michael Rohwerder小组的两位博士生Hai Tran和Ashokanand Vimalanandan正在研究这个概念。他们的目标是让实验室的涂层能够修复宽度超过十分之一毫米的裂缝和划痕。

“为了实现这一目标，我们必须装备有三个物业的自我修复层，”解释海障。“首先，当发生腐蚀时，它应该允许自我愈合所需的材料逃脱。欧洲杯足球竞彩”物质应保持稳定，直到攻击发生，“但是当需要时，胶囊必须释放它们，”Ashokanand Vimalanandan“添加了Ashokanand Vimalanandan，”因为足够的体积必须流入缺陷，以便将其关闭，使其封闭。层。”

导电聚合物最适合胶囊壁

在寻找能够在不同应用中最优满足这些要求的系统时，两位科学家用不同合成涂层中的不同壁材测试了胶囊。欧洲杯足球竞彩这些胶囊是由美因茨马克斯·普朗克聚合物研究所与Katharina Landfester合作的研究人员提供的。有些是球形的，有些是管状的。有些由pH值变化时溶解的聚合物组成，而另一些则由无机二氧化硅硫“钩”在一起的,直到他们被打开潜在下降或增加博士科学家在杜塞尔多夫与他们的同事在美因茨也在进一步发展导电聚合物,可用于胶囊墙壁。

虽然这些链分子本身不能提供完美的防腐保护，但它们已经证明了作为一种非常适合容器壁的材料的价值。Michael Rohwerder说:“它们不仅能永久地密封在塑料涂层的组成部分中，而且当潜在的变化时，它们就变得具有渗透性。”正是这种电化学电位的变化显示出了腐蚀最可靠的迹象。

然而，胶囊只有在与掩埋金属电气接触的情况下才能检测到这个符号 - 通常是锌。不幸的是，在导电聚合物和锌之间可以容易地形成绝缘层。“为了保持电气连接，即使在这些情况下，我们将用导电纳米颗粒加入胶囊，”迈克尔·沃尔德解释说。欧洲杯猜球平台研究人员称为所得到的胶囊覆盆子颗粒，通过显微镜看起来透过显微镜，这是完全合理的：纳米粒子坐在像微小的球体上的容欧洲杯猜球平台器上。由于它们与锌衬垫之间没有绝缘屏障形成，因此电接触保持在适当位置。

补救措施如何流入缺陷？

然而，自我愈合尚未为容器工作，这些容器根据需要释放塑料涂层的单体;这种情况仍然需要催化剂。该化学助剂将通过介导单体之间的反应来使愈合过程成为可能。催化剂必须与单体分开储存，而另一方面，在有机聚合物涂层中并不能保持稳定。“这就是为什么我们将催化剂储存在锌涂层中的氧化硅胶囊中，”Vimalanandan解释说。如果pH变化，催化剂容器打开，这是腐蚀发作的另一个迹象。

Ashokanand Vimalanandan和Hai Tran显示器是否以及在多大程度上通过与Kelvin探针扫描样本点来扫描样品点的自我修复。他们的实验室有许多这些探针。“它允许我们看洞是否关闭，”Vimalanandan说。但这对研究人员来说还不够。它们还使用与UV和可见光合作的光谱方法监测愈合过程的进展。“不幸的是，我们仍然无法在缺陷内部看，”Tran说，“但我们目前正在测试不同的方法，如拉曼光谱，试图改变这一点。”

他们的全面研究表明，自愈成分现在可以长期储存，并在需要时可靠地释放出来。这意味着他们已经满足了三个要求中的两个，但第三个仍然存在障碍:到目前为止，流入缺陷的补救量仅足以消除0.1毫米宽的划痕。在解决这个问题之前，Düsseldorf-based的研究人员必须分析这些单体是如何通过涂层运输的。“关键问题是聚合物是如何进入缺陷的，”Michael Rohwerder说。

尽管存在未答复的问题，研究人员乐观地对金属薄片的小损坏将在某些阶段自我愈合。“铬（VI）涂料也花了几十年来发展，”Rohwerder说，“所以我们不能指望在几年内完成。”虽然科学理解仍然存在重要的差距，但这只能赶上杜塞尔多夫科学家们。“毕竟，我们不在这种情况下解决行业的日常问题，”Martin Stratmann解释道。“我们希望我们的研究推进关于腐蚀和腐蚀保护的知识状态，因此，我们远未进入未来。”

文字：彼得Hergersberg

来源：http://www.mpg.de/