智能涂料

智能时代来临了，当你开着智能汽车，眼睛瞄着智能导航仪，手里用着智能手机，商场选购智能电器，家里安装智能摄像仪，智能报警器，应顺智能社会发展态势，尽情享受智能化生活的时候，你是否注意到身边色彩绚烂、特殊性能的涂料也在智能着？在一个处处皆是智能化的时代，智能涂料正在成为一股新鲜的涂料新势力，其广泛的应用前景则会为涂料工业创造一片前所未有市场空间。

至今15-25,000年前，克鲁马努人就是把动物的油脂或植物蛋白质与干草灰混合在一起，涂抹在岩石洞穴的内壁上，诞生上史上最初的涂料雏形。直到距今60年前，我们还在用铅白、植物油和催干剂等合成墙面涂料，在温和的环境下，这种涂料的使用寿命可以达到3年左右。相对于涂料的历史而言，智能涂料的概念是近年来提出的新概念。

之所以提出智能概念，是相对于传统涂料而言，传统意义上的涂料一般只具有保护和装饰性能的涂层材料，通常这些性能是单向的，也就是说这种性能不能随周边环境的改变而做出响应，而“智能涂料”则恰恰反之，智能涂料可以对外部环境的变化以可控的方式进行相应的反馈，产生自适应的特殊性能，使涂层继续保持有效。

主流的智能涂料主要有几大类型，一类是环境反馈型，包括传感涂料、热敏和压敏涂料等等；一类是纳米应用型，包括自愈合涂料、光学涂料、超导涂料等等；一类是生物活性型，包括抗菌涂料、生物基涂料、光引发和生物引发涂料等等；还有一类是创新性的涂料材料，包括超级疏水涂料、自润滑涂料和自我牺牲涂料等等。

英国纽卡斯尔大学所研发的监测桥梁等金属结构疲劳情况的传导型智能涂料，就在配方设计中加入了细微压电材料晶体，当这种晶体受到拉伸和挤压时，可产生与所受外力成比例的电信号，通过分析这些电信号，就可了解建材的疲劳程度。在使用中，只要在金属结构表面涂覆该种涂料，再外涂一层导电涂层，当施加电压时，涂料中的晶体与构件表面形成正确的角度，这样金属构件无论从什么方向受力时，涂料都可产生相应的电信号，受力越大，产生的电信号越强。

2010年的美国化学学会上，科学家宣布成功研制出了一种可以“感知”温度的智能涂料。将该材料涂抹在屋顶，不仅可以在炎热的夏季反射太阳光，降低高昂的电费，而且当冷空气袭来，还能转变角色，把太阳能运输到屋里，保持室内的温度。在涂料制作过程中，废弃食用油首先被液化为一种液态聚合物，与未经加工过的食用油不同，该聚合物不会散发出任何味道。在温暖天气中，涂上智能涂料的沥青屋顶温度将可以下降50-80%；而在寒冷天气中，高温可提高80%。

涂料的发展与材料学，尤其是高分子材料的科学发展紧密相关，近年来兴起的纳米材料技术更加速了智能涂料的快速前进。除此之外，环境友好的环保要求，也很大程度的推动智能涂料在水性、无溶剂、高固、能量固化、粉末涂料等领域的突破。尽管未来涂料的发展领域不能被绝对准确地预测，但很清楚的是，随着智能技术的不断出现和微观技术的发展，涂料产品的差异化，对社会的影响，将在未来几十年里出现戏剧性的变化，它将帮助我们涂画更美的未来。

从智能涂料的研发来看，实现涂料性能的智能化可以通过三个基础的步骤。首先是选择添加剂，适合的添加剂需要具有独特性能表现，足以满足配方中对“智能化”性能的要求;其次是对涂料树脂基料、颜料以及原料的选择，此类材料从单个性能上无法满足涂料的基本性能，但通过配方搭配可以满足涂料的基础性能，包括各种力学性能和抗性等;再次是实现涂料涂层对外面环境的性能反馈。

本书从涂料的腐蚀和防护方面进行了基础性的介绍，深入讨论了目前使用和发展中的各种类型的智能涂料，概述了它们的合成和表征方法，及其在各种腐蚀环境中的应用，包括许多智能涂料的当前和潜在应用于各种腐蚀问题的实例。另外，本书还介绍了智能涂料目前的研究进展和趋势，以及所面对的挑战。

本书适合腐蚀工程科技工作者及高等学校相关专业师生阅读参考。

第1章腐蚀控制涂层的电化学观点/001

1.1简介/001

1.2腐蚀/001

1.2.1腐蚀热力学/001

1.2.2动力学/002

1.3涂层/004

1.3.1屏蔽涂层/004

1.3.2防腐蚀涂层/006

1.3.3阴极保护涂层/006

1.3.4涂层体系/008

1.4结论/009

参考文献/009

第2章腐蚀的重要性及使用智能防腐蚀涂层的必要性/010

2.1简介/010

2.2低温智能涂层/011

2.3自愈合涂层的封装/012

2.4阴极保护/017

2.4.1牺牲阳极/017

2.4.2ICCP系统/017

2.5高温智能涂层/018

2.6热腐蚀/019

2.6.1热腐蚀类型/020

2.6.2热腐蚀机理/020

2.6.3高温合金热腐蚀/021

2.6.4DMS-4的氧化特征/023

2.7表面涂层技术/024

2.7.1扩散涂层/024

2.7.2包覆涂层/024

2.7.3表面工程技术/025

2.8主要微量元素的影响/027

2.9智能涂层的概念/027

2.9.1准备和选择合适的表面工程技术/028

2.9.2智能涂层评估技术/029

2.9.3已开发的智能涂层的性能/030

2.10结论和展望/032

参考文献/032

第3章抑制金属/合金腐蚀的智能无机和有机预处理涂层/035

3.1简介/035

3.1.1腐蚀的定义/035

3.1.2金属腐蚀/预防的成本/036

3.1.3国民经济的腐蚀成本/037

3.2设计防腐蚀智能涂层/037

3.3预处理涂层/038

3.3.1选择合适的金属合金/038

3.3.2表面改性/038

3.4无机非金属预处理涂层/039

3.4.1铬酸盐转化涂层/039

3.4.2磷酸盐转化涂层/040

3.4.3镧基转化涂层/040

3.4.4混杂型转化涂层/041

3.5有机预处理涂层/042

3.5.1混合溶胶-凝胶涂层/042

3.5.2导电聚合物涂层/043

3.5.3自组装预处理涂层/044

3.5.4聚电解质多层膜/045

3.5.5负载缓蚀剂的纳米容器控释涂层/046

3.5.6生物膜作为预处理涂层/046

3.6结论/046

致谢/046

参考文献/046

第4章源于金属有机前驱体的低温涂料：一种经济环保的优良方法/057

4.1简介/057

4.2化学气相沉积：MOCVD新技术/058

4.2.1激光诱导化学气相沉积/059

4.2.2紫外诱导化学气相沉积/060

4.2.3等离子增强化学气相沉积（PECVD）/060

4.2.4电子束化学气相沉积/061

4.2.5流化床化学气相沉积/061

4.2.6原子层沉积（ALD）/061

4.2.7聚焦离子辅助化学气相沉积（IACVD）/062

4.3有机金属前驱体：经济性的大面积合成/063

4.3.1有机金属前驱体：氧化物陶瓷/063

4.3.2有机金属前驱体：非氧化物陶瓷/067

4.4液体输送体系：溶剂的作用/074

4.5有机金属前驱体化学/074

4.6成核和生长机制/075

4.7涂层破坏机制/075

4.8结论和展望/077

参考文献/078

第5章钢表面铈掺杂硅烷杂化自愈涂料的合成与表征/083

5.1简介/083

5.2实验过程/084

5.2.1样品制备/084

5.2.2分析方法/085

5.3结果与讨论/085

5.3.1铈离子和双酚A对304L不锈钢基体上SHC显微组织和防腐蚀性能的影响/085

5.3.2用于304L不锈钢且经硝酸铈和氧化铈纳米粒子改性的SHC涂层自愈性的电化学评估/093

5.3.3铈浓度对HDG基体上铈掺杂SHC涂层的微观结构和防腐蚀性能的影响/099

5.3.4铈盐活化纳米粒子填充硅烷涂层对HDG基体缓蚀作用的评估/106

5.4结论和展望/115

致谢/116

参考文献/116

第6章杂化富锌涂层：纳米缓蚀剂和导电粒子掺杂的影响/118

6.1简介/118

6.2实验过程/120

6.2.1材料和制备方法/120

6.2.2研究方法/121

6.3结果/124

6.3.1纳米粒子的研究/124

6.3.2涂层和钢基材的研究/130

6.4讨论/146

6.5结论/148

致谢/148

参考文献/148

第7章新型发光搪瓷涂层/154

7.1简介/154

7.2搪瓷最重要的性能/155

7.3发光特性/156

7.4发光瓷釉涂层/156

7.5实验材料和过程/157

7.6结果和讨论/159

7.6.1涂层的形貌特征/159

7.6.2涂层的防护性能/160

7.6.3发光性能的趋势/168

7.7结论/173

参考文献/173

第8章破损触发的微纳米容器自修复防腐蚀涂料/175

8.1简介/175

8.1.1成为全球经济问题的腐蚀现状/175

8.1.2防止腐蚀的方法/175

8.2保护性有机涂层的微米容器和纳米容器制备方法：自愈合涂层vs自防护涂层/177

8.3容器类型及其制备方法/179

8.3.1LDHs型纳米容器或微米容器/179

8.3.2陶瓷芯和聚电解质/聚合物壳的容器/180

8.3.3含有陶瓷芯和毛孔末端刺激响应塞的容器/183

8.3.4直接乳液法或反相乳液法容器/185

8.3.5基于界面物理现象的容器/186

8.3.6乳液液滴中的界面或本体化学反应制备的容器/191

8.4容器中活性剂的释放/195

8.5容器在新型保护涂料基质中的分布/197

8.6掺有容器的有机自保护涂层的防护性能/198

8.7结论/200

参考文献/200

第9章现代涂料中试生产的重要方面/206

9.1简介/206

9.2定义/206

9.3分散过程/207

9.4涂料的一般工艺/208

9.5中试/209

9.5.1逐步放大/209

9.5.2中试布局——主要问题/210

9.5.3生产装置及其配套装置/210

9.5.4水性和溶剂型聚合物基料的中试生产类型/211

9.6涂料工业主要设备/213

9.6.1搅拌器/213

9.6.2研磨机/215

9.6.3过滤器/217

9.7涂料的检查要点/217

9.8涂料工业的一般安全注意事项/217

9.9用于涂料的丙烯酸胶乳中试和扩大生产的典型实例/218

9.9.1装料的一般过程/219

9.9.2中试车间设置/219

9.10结论/220

参考文献/220

第10章用于金属防护的智能绿色转化涂层的溶胶-凝胶法/221

10.1简介/221

10.2智能化学的发展/222

10.3表征方法/224

10.3.1光谱分析/224

10.3.2热分析/228

10.3.3纳米压痕分析/229

10.3.4表面形态/231

10.4涂层评估/232

10.4.1实验室试验/232

10.4.2户外试验/240

10.5结论/248

致谢/248

参考文献/248

第11章超疏水导电聚合物防腐蚀涂层/251

11.1简介/251

11.2腐蚀防护/251

11.2.1转化涂层/251

11.2.2有机涂层/252

11.3导电聚合物防腐蚀涂层/252

11.3.1涂覆工艺/252

11.3.2腐蚀防护机理/253

11.3.3导电聚合物实例/254

11.4超疏水防腐蚀涂层/256

11.4.1理论背景/256

11.4.2制备方法/257

11.5超疏水导电聚合物防腐蚀涂层/259

11.6结论/260

致谢/260

参考文献/260

第12章聚合物-缓蚀剂掺杂涂层的智能防护/264

12.1简介/264

12.2钢筋混凝土中的应用/266

12.3电纺丝智能涂层/269

12.4溶胶-凝胶涂层的腐蚀控制/272

12.5结论/276

致谢/276

参考文献/276

第13章热致变色二氧化钒智能涂层的性能及应用/281

13.1VO2的简介和性质/281

13.1.1VO2的合成方法/282

13.1.2VO2相变开关时间/283

13.1.3原子氧辐照对VO2性质的影响/284

13.1.4掺杂对VO2相变的影响/284

13.2应用/286

13.2.1全光开关/287

13.2.2电开关/287

13.2.3VO2基杂化超材料器件/288

13.2.4VO2等离子体器件/289

13.2.5VO2基射频微波开关/293

13.2.6智能窗口/293

13.3结论/294

参考文献/294

第14章单组分自修复防腐蚀涂层：设计方案与实例/300

14.1简介/300

14.2单组分自修复防腐蚀涂层的设计方案/301

14.2.1传统自修复材料的制备/301

14.2.2单组分自修复防腐蚀涂层的设计/305

14.3单组分自修复防腐蚀涂层举例/306

14.3.1二异氰酸酯基单组分自修复防腐蚀涂层/306

14.3.2有机硅烷基单组分自修复防腐蚀涂层/314

14.4结束语和观点/320

参考文献/321

第15章基于锡酸盐的镁合金智能自修复涂层/325

15.1简介/325

15.2镁合金类型/325

15.3镁腐蚀的常见形式/326

15.3.1全面腐蚀/326

15.3.2点蚀/326

15.3.3缝隙（沉积物）腐蚀/327

15.3.4丝状腐蚀/328

15.3.5电偶腐蚀/328

15.3.6应力腐蚀开裂/328

15.3.7晶间腐蚀/329

15.3.8腐蚀疲劳/329

15.4锡酸盐转化涂层减缓镁腐蚀/329

15.4.1锡酸盐转化涂层的合成与测试/329

15.4.2锡酸盐涂层的性能/330

15.4.3锡酸盐涂层的自修复功能/332

15.5结论和展望/333

致谢/333

参考文献/333

第16章电活性聚合物防腐蚀涂层/335

16.1简介/335

16.2腐蚀/335

16.3防腐蚀措施/336

16.3.1缓蚀剂/336

16.3.2阴极保护/336

16.3.3阳极保护/336

16.3.4涂层/336

16.4聚合物涂层/338

16.4.1EAP基涂层/338

16.4.2EAP基纳米复合涂层/341

16.5结论/351

参考文献/351

第17章用作生物医学植入体的Ti及Ti合金防腐蚀涂层/354

17.1简介/354

17.2表面改性方法/355

17.3溶胶-凝胶法/355

17.3.1浸涂/355

17.3.2旋涂/356

17.4激光氧化/357

17.5阳极氧化/357

17.6等离子体电解氧化/357

17.7电解沉积法/357

17.8复合法/358

17.9保护膜/358

17.9.1氧化物涂层/358

17.9.2羟基磷灰石涂层/359

17.9.3复合涂层/359

17.9.4杂化涂层/360

17.9.5陶瓷涂层/360

17.10腐蚀研究/360

17.11结论/362

参考文献/362

第18章腐蚀监测光学传感器/366

18.1简介/366

18.2光纤传感器的工作原理/367

18.2.1光纤布拉格光栅/367

18.2.2干涉型光纤传感器/367

18.2.3分布式传感器/368

18.2.4光强调制器/368

18.2.5表面等离子体共振传感器/369

18.3腐蚀检测/369

18.3.1腐蚀直接测量/370

18.3.2利用金属牺牲层直接进行腐蚀测量/372

18.3.3腐蚀产物和前驱体的测定/375

18.3.4腐蚀控制的相对湿度监测/379

18.3.5腐蚀控制的pH光纤传感器/380

18.4结论和未来趋势/384

致谢/384

参考文献/384

第19章用于重大文化工程的高性能防腐蚀涂层的表征/391

19.1简介/391

19.1.1物质文化遗产保护涂层/391

19.1.2智能定义：化学智能和物理智能/392

19.1.3文化遗产保护常用涂层/392

19.1.4文物保护涂层的耐候性研究/392

19.1.5开发物质文化遗产用智能涂层的方法/394

19.1.6涂层系统的预期挑战/395

19.1.7电化学阻抗谱表征保护膜的阻隔性能/395

19.2实验细节/396

19.2.1涂层基体实验细节/396

19.2.2涂覆板老化研究实验细节/396

19.2.3基体表征实验细节/396

19.3化学智能涂层的测试和表征/396

19.3.1户外金属化学智能涂层的耐候性研究/396

19.3.2EIS对耐候涂层基材的表征/397

19.3.3耐候涂层基体的FTIR表征/397

19.4物理智能涂层的表征/399

19.4.1在水性纳米复合材料涂层中使用合成纳米黏土/399

19.4.2改性纳米黏土以提高与涂层的相容性/400

19.4.3纳米黏土改性实验/401

19.4.4FTIR表征改性皂石/401

19.4.5X射线表征改性皂石/401

19.4.6SAXS 数据拟合/403

19.4.7AFM表征改性皂石/404

19.4.8改性皂石涂层/405

19.5物理智能涂层性能测试/405

19.5.1EIS研究水性PVDF-黏土纳米复合材料的屏障性能：退火的影响 /405

19.5.2电解质溶胀膜中水的电容和体积分数计算/406

19.5.3智能涂层性能评价/407

19.6结论与未来方向/407

致谢/408

参考文献/408

第20章振动光谱技术腐蚀监测/410

20.1简介/410

20.2原理/410

20.2.1拉曼光谱/410

20.2.2红外（IR）光谱/411

20.3方法和仪器设备/412

20.3.1拉曼光谱/412

20.3.2红外光谱/413

20.4原位拉曼光谱在腐蚀科学中的应用/414

20.4.1溶液腐蚀/414

20.4.2大气腐蚀/415

20.4.3缓蚀剂/416

20.4.4涂层/417

20.5原位FTIR在腐蚀科学中的应用/420

20.5.1溶液腐蚀/420

20.5.2大气腐蚀/420

20.5.3缓蚀剂/421

20.5.4涂层/421

20.6结论/422

致谢/422

参考文献/422 2100433B

星客漆是上海星上环保科技有限公司旗下品牌，成立于2010年，是一个专注于水性智能墙面漆研发和销售的注册品牌。2014年，Think星客漆成功引入欧美最新技术，推出了“Think高分子涂鸦膜”水性智能涂料，让任意墙面可随意涂鸦，功能性上完全可替代家庭和办公室白板。现Think品牌已拥有“高分子涂鸦膜”、“水性磁力底漆”、“水性多彩黑板漆”等多个系列的智能涂料产品，并全部通过了国家级实验室和SGS的国家和欧盟相关标准的双重质量安全检测。