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論文賞析‖東南大學·施錦杰課題組 Cement and Concrete Composites

1、文章簡介

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2023.105419
課題組：東南大學材料科學與工程學院施錦杰課題組
2、研究亮點
本研究合成了一種負載HNT抑制劑的PA-PVA接枝溶液制備預處理層。PVA將更多的PA分子連接在一起，預處理層的密度和厚度顯著增強；緩蝕劑HNT填補預處理層的缺陷，使保護涂層具有活性防腐性能。PA預處理層與HNT協(xié)同作用的智能保護涂層巧妙解決了傳統(tǒng)鋼筋混凝土一旦發(fā)生破壞，防腐性能急劇下降的問題。

圖1.智能防護涂層的制備示意圖
(a)PA-PVA接枝溶液的合成路線；(b)：EHNT@MO的制備；(c)合成智能保護涂層的工藝過程

圖2.SCP-Cl溶液中智能保護涂層的抑制機理示意圖
(a)空白/Ep試樣；(b) PA-PVA-EHNT@MO/ Ep試樣

3、測試方法
該作者使用使用DH7000東華電化學工作站，進行了開路電位（OCP）、電化學阻抗（EIS）、線性極化（LPR）和循環(huán)電位動力極化（CPP）4種電化學測試方法。每種條件下測試4個相同的鋼電極，以確保電化學結(jié)果的重復性。

鋼板作為工作電極（WE），Pt電極作為對電極（CE）和飽和甘汞電極（SCE）作為參比電極（RE），工作電極暴露面積為1cm²。

圖3.多通道腐蝕電解池中的三電極系
(a)實物圖；(b)原理圖

EIS測量是待OCP穩(wěn)定后，在10⁵～10^-2 Hz的頻率范圍內(nèi)進行掃描，振幅為10mV。LPR測量是在0.167mV/s的恒定掃描速率下，相對于工作電極的腐蝕電位（Ecorr）掃描±10mV，以確定極化電阻（Rp）和Ecorr值。CPP測量是以1mV/s的掃描速率從Ecorr的−0.1V掃描到0.8VSCE，然后反掃回Ecorr 。
4、測試結(jié)果
開路電位（OCP）和電化學阻抗（EIS）
圖4為不同預處理層在SCP-Cl溶液中暴露30min腐蝕行為變化。圖9表明與空白試樣相比，具有PA-PVA-EHNT@MO預處理層的試樣OCP值呈負向變化，可以觀察到更大的容抗弧，這表明由于保護層的形成而增加了耐腐蝕性。PA-PVA-EHNT@MO預處理層進一步提高了鋼的耐腐蝕性，這歸功于預處理層和智能緩蝕劑的協(xié)同作用。

圖4.SCP-Cl溶液中不同預處理層的腐蝕行為變化
(a)暴露30min期間的OCP曲線；(b)暴露30min后的Nyquist圖

循環(huán)電位動力極化（CPP）
圖5為鋼在SCP-Cl溶液暴露1d后的CPP曲線。在CPP曲線中可以觀察到腐蝕電位（Ecorr）和點蝕電位（Epit）。圖5表明與空白試樣相比PA-PVA-EHNT@MO/Ep試樣的Epit值略高，滯回區(qū)要小得多，表明智能保護涂層具有較高的耐點蝕性。

圖5.具有不同涂層的鋼在SCP-Cl溶液中浸泡1d后的CPP曲線

電化學阻抗（EIS）
圖6為具有不同涂層的鋼在SCP-Cl溶液中浸泡14d時的EIS圖。圖6表明隨著浸泡時間的延長，PA-PVA-EHNT@MO/Ep 涂層阻抗的容抗弧直徑呈下降趨勢，但與空白試樣不同的是，它最終將到達一個穩(wěn)態(tài)。損壞的智能保護層能有效承受長期腐蝕環(huán)境，這歸因于劃痕、缺陷處內(nèi)納米容器逐漸釋放緩蝕劑而帶來的額外的防腐保護。

圖6.具有不同涂層的鋼在SCP-Cl溶液中浸泡14d時的EIS圖
（a、c和e）空白/Ep試樣；（b、d和f) PA-PVA-EHNT@MO/ Ep試樣

5、結(jié)論
預處理層與智能緩蝕劑的協(xié)同抑制作用，使智能保護涂層具有特殊的屏障效應和獨特的修復能力，從而顯著提高了鋼在侵蝕性環(huán)境下耐腐蝕性能。智能防護涂層的主要成分均具有環(huán)保、低成本等優(yōu)勢，使其有望取代傳統(tǒng)環(huán)氧涂層，具備良好的商用前景。但智能防護涂層的長期耐久性和有效性仍需研究，且智能防護涂層在水泥基材料中對鋼的緩蝕機理仍待全面探究。
6、課題組介紹
施錦杰，東南大學副教授，博士生導師，華英學者，仲英青年學者，新加坡國立大學訪問學者。2011年博士畢業(yè)于東南大學材料學院，師從中國工程院院士孫偉教授。主要研究方向為混凝土中鋼筋的腐蝕行為與腐蝕機理表征。主持完成國家自然科學基金2項，江蘇省自然科學面上基金1項，參與了多項973計劃與國家重點研發(fā)計劃項目。
發(fā)表學術論文100余篇，其中，第一作者與通訊作者發(fā)表SCI論文58篇（包括：腐蝕防護頂刊Corrosion Science 14篇，水泥混凝土頂刊Cement and Concrete Composites 16篇，電化學領域頂刊Electrochimica Acta1篇，Construction and Building Materials 10篇，ASCE 8篇），一作與通訊作者發(fā)表EI論文18篇（包括：硅酸鹽學報6篇，建筑材料學報4篇）。SCI論文累計影響因子超過400，他引1000余次，H因子28。2022年入選斯坦福大學全球前2％頂尖科學家榜單。
擔任Corrosion Science, Cement and Concrete Composites, Electrochimica Acta, Applied Surface Science, Progress in Organic Coatings, Composites Part B, Journal of Materials in Civil Engineering (ASCE), Engineering Structure，Construction and Building Materials，建筑材料學報，建筑結(jié)構(gòu)學報，復合材料學報，工程力學等多個國內(nèi)外學術期刊的論文評審專家。

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