Corros. Sci.：具有優異的超疏水表面和抗腐蝕性能的盤狀柱狀液晶納米結構

【引言】

盤狀柱狀液晶（DCLCs）是用于分子電子器件的有前途的一類材料。DCLC可以很容易地在襯底上的大均勻區域中形成明確的疏水上層結構。這種微結構是某些自然界自清潔表面的典型地形特征，例如荷葉和蝴蝶翅膀，具有大約10-20微米的粗糙的結構，由100納米到1微米更精細的結構涂層。即使這些DCLD冷卻直到它們凝固然后再次加熱，對齊依然存在。 這些性質以及它們類似于聚合物的事實不同于典型的單體液晶（MLCs）。因此，DCLC在Brostow分類中被歸類為聚合物液晶，分類ζM，由一維（1D）和二維（2D）的多重圓盤組成。

基于DCLC的保護層可用于防止金屬表面的腐蝕性降解。金屬腐蝕可能由一個或多個環境因素引起，例如空氣，水，溫度等。由于金屬腐蝕過程本質上是電化學的并且通常從表面開始，因此減少它的一種有前途的方法是開發可控制的、防止金屬表面與水或空氣接觸的薄膜和涂層形式的物理屏障，例如通過使用惰性金屬，導電聚合物，自組裝單層（ SAMS）或石墨烯。石墨烯涂層的最新進展將為石墨烯的商品化打開更廣闊的領域。石墨烯在高達400°C的環境條件下具有化學惰性和穩定性，具有獨特的性能組合，非常適合緩蝕。基于石墨烯可用作耐腐蝕膜的事實，本文研究了石墨烯樣hexa-peri-六苯并蔻（HBC）衍生物作為防腐蝕保護涂層。

【成果簡介】

近日，臺灣國立高雄師范大學（NKNU）的陳秀慧副教授（通訊作者）在Corrosion Science期刊上發表了題為“Excellent superhydrophobic surface and anti-corrosion performance by nanostructure of discotic columnar liquid crystals”的研究論文。文中，作者成功合成了一系列高，低對稱的hexa-peri-六苯并蔻衍生物化合物1-3，用于鐵表面的耐腐蝕性研究。并通過電化學阻抗譜（EIS）和接觸角（CA）測量等證明：化合物1顯示出優異的抗腐蝕行為，獲得了186.7kΩ/ cm²的高電阻和海水中的優異疏水性（CA~143.9°）。鐵表面的盤狀柱狀液晶（DCLCs）涂層可在各種環境下提供保護，包括暴露于空氣和不同pH值的溶液。這種特性歸因于盤狀柱狀液晶的優異疏水性和自我修復特性。

【圖文導讀】

圖1：不同對稱性的HBC衍生物

圖2：化合物1在鐵表面的SEM圖像

（a）加熱處理前（垂直排列）；

（b）加熱處理后（均勻排列）。

圖3：化合物1的粘附性測試

（a）化合物1在自退火后涂覆在鐵板上的化合物1（化合物1（H））的粘附性測試；

（b）加熱后涂覆在鐵表面上的化合物1（化合物1（H））并用交叉切割法處理；

（c）將化合物1與聚苯乙烯（PS）以1:1（w / w）的比例混合并用交叉切割法處理。

圖4：化合物1（H）加熱處理和（b）與聚苯乙烯（PS）混合（1：1 = w / w）的表示

圖5：將DCLC材料涂覆在不同的基底上并浸入水中

圖6：鐵和ITO玻璃板上化合物1（H）（a）和（b）以及化合物1 + PS（1：1）（H）（c）和（d）在浸入不同的溶液48小時間的重量變化

圖7：在質量5％NaCl水溶液中測量的化合物1，化合物1（H），PS +化合物1和PS +化合物1（H）的奈奎斯特圖

圖8：奈奎斯特圖及Randles等效電路

（a）具有化合物1（H）的擬合曲線的奈奎斯特圖；
（b）Randles等效電路。

圖9：在質量5％NaCl水溶液中測量的化合物1，化合物1（H），PS +化合物1和PS +化合物1（H）的奈奎斯特圖（7天后）

圖10：在質量5％NaCl水溶液中測量的化合物1，化合物1（H），PS +化合物1和PS +化合物1（H）的奈奎斯特圖的波特圖。

【小結】

本文已經證明DCLC可以成為用于鐵的防腐蝕的良好鈍化層。在化合物1-3中，化合物3具有最低的結構對稱性。分子結構中的較低對稱性導致較低的熔點，并且分子的填充效率較低，因此提供了較低的抗腐蝕能力。有序排列對于防腐蝕應用很重要。化合物1顯示出優異的抗腐蝕能力，甚至比商業材料更好。隨著耐腐蝕應用的進一步發展，摩擦學性能需要提前測試。作者開發的用于生成疏水表面的方法非常簡單且有效。因此，該方法具有重要的實際應用，包括自清潔表面和防霧涂層。

文獻鏈接：Excellent superhydrophobic surface and anti-corrosion performance by nanostructure of discotic columnar liquid crystals?（Corros.Sci., 2018, DOI: 10.1016/j.corsci.2018.03.044）

本文由材料人納米組Jing供稿。

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