摘要：金属及合金作为海洋装备的核心结构材料，在严苛海洋环境下极易发生腐蚀、磨损及耦合损伤，成为导致设备失效、制约其使用寿命的关键因素。具有自愈合功能的聚合物涂层可以有效地保护基材不受腐蚀。然而，海洋环境中水分子以及受损界面电化学腐蚀反应的存在，传统自愈合涂层附着力较
金属及合金作为海洋装备的核心结构材料，在严苛海洋环境下极易发生腐蚀、磨损及耦合损伤，成为导致设备失效、制约其使用寿命的关键因素。具有自愈合功能的聚合物涂层可以有效地保护基材不受腐蚀。然而，海洋环境中水分子以及受损界面电化学腐蚀反应的存在，传统自愈合涂层附着力较低且修复膜不稳定，难以实现对金属设备的有效防护。此外，损伤界面失效演化行为及树脂重构是一个动态过程，目前缺乏对涂层愈合状态及界面腐蚀抑制作用的直观反馈。因此，实现防腐涂层在海洋环境中高效愈合并及时监测愈合效率是保障金属装备稳定服役的重要手段。
山东科技大学材料腐蚀与保护团队刘成宝近年来围绕损伤多尺度监测与多途径修复功能防腐涂层方面展开研究。提出了基于涂层损伤及界面腐蚀响应的自预警自修复防腐涂层(Mater. Horiz., 2025, 12, 190-204; Small, 2025, 21, 2404038; Chem. Eng. J., 2025, 507, 160426; Chem. Eng. J., 2022, 431, 133476; J. Mater. Sci. Technol., 2023, 152, 169-180; Carbon, 2025, 234, 119962; Nanoscale, 2022, 14, 8429;)，系统研究了界面腐蚀与涂层损伤耦合失效过程的可视化监测机理，实现了对海洋防护涂层早期失效过程的有效评价。
在上述研究基础上，受壁虎脚趾微结构启发，该团队首创了一种新型环境适应性自愈合超分子涂层，用于金属表面有效防护以及感知和评估海洋钢结构界面失效信息。该涂层是通过将儿茶酚基团介导的短链引入聚脲网络中合成的，分子链之间多重动态氢键以及Fe3+-儿茶酚基团金属配位键的存在，赋予其优异的湿附着和高效的水下自愈能力。同时，基于Fe3+-儿茶酚配位结构的显色反应，成功建立了视觉信号与界面失效行为之间的半定量关系。通过自主开发的图像处理软件，可以直观、实时地感知、监测和量化腐蚀反应程度和损伤愈合动态过程，为下一代智能防护涂层的开发提供指导。相关工作以“Gecko’s Toes-Inspired High-Adhesive and Self-Healable Elastomer in Marine Conditions: Humidity-Triggered Crosslinking and Damage Sensing”为题发表在《SmartMat》上，该研究得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目支持。论文第一作者是山东科技大学材料科学与工程学院2023级硕士研究生顾思汉，刘成宝学术教授为论文通讯作者。图1 超分子涂层仿生结构设计及应用
图2 腐蚀离子响应-半定量关系构建以及涂层损伤响应行为测试
作者简介：
刘成宝，毕业于中国科学院大学，现为山东科技大学材料科学与工程学院学术教授、硕士生导师。一直从事海洋环境材料损伤失效机理、新型耐蚀防护材料设计与应用研究，包括特殊工况下防护涂层服役行为及延寿机制、涂层损伤原位检测及可视化技术、自修复、导热、抗结冰等功能复合涂层结构设计等。获中国腐蚀与防护学会科学技术奖-科技进步一等奖，山东省腐蚀与防护学会科学技术奖一等奖及青年创新人才奖。目前已在Materials Horizons, SmartMat, Small, Carbon, Corrosion Science, Chemical Engineering Journal, Journal of Materials Science & Technology, ACS Applied Materials & Interfaces, Journal of Magnesium and Alloys等期刊上发表科研论文60 余篇；授权国家发明专利7 项、美国/日本专利各1 项，授权软件著作权4 项，参编团体标准2 项。入选山东科技大学“菁英计划”A类人才支持，青岛市“金种子”人才支持。主持了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、高端装备涂料全国重点实验室开放基金及企业横向等项目。担任《稀有金属》青年编委、山东省腐蚀与防护学会理事、青岛市腐蚀与防护学会理事。
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来源：高分子科学前沿一点号1
