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東北大學(xué)徐大可教授團(tuán)隊《Adv. Funct. Mater.》：珍珠母啟發(fā)的多尺度層級交聯(lián)增強(qiáng)的MOF基防污耐微生物腐蝕涂層
2023-08-01  來源：高分子科技

  海洋生物污損是海洋工程材料服役中面臨的世紀(jì)性難題，開發(fā)無毒高效的防污涂層事關(guān)能源、環(huán)境、國防等國家重大需求，但是現(xiàn)階段的防污涂層由于較差的機(jī)械性能和短效被動殺菌機(jī)制不可避免地發(fā)生二次生物污損以及更嚴(yán)重的微生物腐蝕。


  近日，東北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院徐大可教授團(tuán)隊針對上述問題，受珍珠母不定形/結(jié)晶異質(zhì)結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，開發(fā)一種由生物基聚合物水凝膠和致密有機(jī)金屬框架材料（MOFs）協(xié)同組裝的穩(wěn)定堅韌的海洋防污防腐涂層。多尺度高密度交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)有效提高涂層強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能，而且可不受基底的材質(zhì)和形貌的限制而穩(wěn)定涂覆在金屬、玻璃、橡膠，塑料等各種材料表面。更重要的是，由于MOF材料本征多孔特性，這種仿生涂層可作為殺菌劑、緩蝕劑等的多功能負(fù)載平臺，呈現(xiàn)出基于智能金屬離子或藥物釋放的主動防御行為，實現(xiàn)對于包括蛋白質(zhì)、細(xì)菌、藻類在內(nèi)海洋污損生物的廣譜防污，并有效抑制金屬材料的微生物腐蝕過程。該研究成功開發(fā)了一種新型高強(qiáng)MOF基涂層的制備策略，并為海洋防污與海洋防腐的協(xié)同設(shè)計提供了獨特見解。相關(guān)內(nèi)容以“Nacre-Inspired Metal-Organic Framework Coatings Reinforced by Multiscale Hierarchical Crosslinking for Integrated Antifouling and Anti-Microbial Corrosion”為題發(fā)表于國際權(quán)威期刊《Advanced Functional Materials》。東北大學(xué)材料學(xué)院博士生于智群和青年教師李祥宇為共同第一作者，通訊作者為徐大可教授，東北大學(xué)為第一完成單位。


圖1. 珍珠母啟發(fā)的MOF基海洋防污防腐涂層：a) 由無定型水凝膠和結(jié)晶MOF構(gòu)成的高度有序微結(jié)構(gòu)；b) 涂層防污耐微生物腐蝕工作原理。


圖2. 涂層的制備與結(jié)構(gòu)表征：a) 水凝膠錨定MOF生長過程；b-d) 制備過程表面微觀形貌變化；e-g) 水凝膠層和MOF基涂層的XRD譜圖、XPS譜圖和FTIR譜圖。


圖3. 涂層的力學(xué)性能：a-b) 不同CMC含量水凝膠的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和對應(yīng)強(qiáng)度；c-e) 不同PEI含量水凝膠的Zeta電位、浸潤性與保水能力；f) 涂層與基底間的粘合力；g-h) 不同基底材料及復(fù)雜曲率表面的涂層生長。


圖4. 涂層的防污性能：a) 抗蛋白質(zhì)粘附性能；b-e) 普適抗菌性能；f-g) 抗藻性能；e) 銅離子釋放速率。


圖5. 涂層的耐微生物腐蝕性能：a) 銅離子pH響應(yīng)釋放行為；b-c) 電化學(xué)阻抗譜表征；d-f) 海洋微生物環(huán)境下材料表面的最大點蝕深度。


圖6. 涂層的載藥性能：a) 載藥過程示意圖；b) 涂層BET吸附曲線；c-d) 涂層載藥效率與載藥量優(yōu)化；e-f) 增強(qiáng)的防污防腐性能；g) 現(xiàn)有海洋防污涂層性能比較。


  以上工作獲得了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金重點項目、中國博士后創(chuàng)新人才支持計劃項目、中國博士后科學(xué)基金面上項目、遼寧省自然科學(xué)基金科研啟動項目和中央高；究蒲袠I(yè)務(wù)項目的支持。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202305995

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