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金属腐蚀问题一直是全球迫切需要解决的难题之一,功能化防腐涂层的研究已经成为金属腐蚀与防护领域的研究热点。铬酸盐转化涂层由于其优异的阻隔性能和固有的自修复功能,被广泛用作预处理层保护铝合金。但是,高毒性和致癌作用的六价铬偏离环境可持续发展的概念。从目前研究成果来看,智能防腐涂层最有希望取代铬酸盐转化涂层。本论文设计和制备了 pH刺激-响应纳米容器,并将其均匀地引入涂层体系。结果表明智能纳米容器与涂层的结合很大程度上提高了涂层的防腐性能,并使涂层具备一定的自修复功能。1.设计了一种新颖的超分子开关,可以实现多级pH控制释放和重复装载。负载缓蚀剂苯并三氮唑分子(BTA)的介孔二氧化硅微球(MSNs)配备有包含1,6-己二胺(HDA)和1,6-双(吡啶环)己烷(BPH)两个识别位点和CB[6]大环的双稳态[2]准轮烷。智能纳米容器的组装过程通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、固体核磁(SSNMR)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TG)、X射线衍射(XRD)和氮气吸附-脱附等温曲线进行表征。智能纳米容器在中性溶液中对BTA的释放量可以忽略不计,在碱性溶液中则大量释放。碱性越强,释放速率越快。调节溶液pH至酸性并辅以加热时,由于CB[6]移动,堵塞介孔孔道,智能纳米容器停止释放BTA。CB[6]可在承轴上往复运动,使智能纳米容器具备再装填能力,无疑扩大了其应用领域。2.首次展示如何组装机械化空心氧化锆纳米球(MHZNs),由作为纳米支架的中空介孔氧化锆纳米球(HMZNs)和安装在HMZNs的外表面的超分子开关组成。HMZNs替代常规介孔二氧化硅纳米支架的显著优点是HMZNs可以承受热碱性反应环境,这为功能化提供了一种新的思路,通过简单可行的装配程序实现了酸碱响应的控释功能。在中性溶液中,葫芦脲[7](CB[7])大环与双(2-氨基乙基)缩酮(PBAEK)形成络合物,构成[2]准轮烷作为超分子开关,阻塞介孔孔道阻止分子泄露。当溶液pH值调节到碱性范围时,由于离子-偶极相互作用的显着降低,作为盖子的CB[7]大环与PBAEK承轴解离,从而打开开关。在酸性条件下,由于缩酮基团的裂解,PBAEK承轴被破坏,导致超分子开关崩溃并随后释放封装的分子。具有酸碱响应控释特性的MHZNs有望应用于诸多领域。3.采用溶胶-凝胶保护法成功合成了具有中空核壳结构的中空介孔氧化锆纳米微球(HMZSs),并将其用作智能纳米容器的支架。L-肌肽(L-CAR)被证明是用于保护碳钢的绿色、高效和混合型缓蚀剂。重要的是,L-CAR分子的净电荷受溶液pH的影响,并与HMZSs的Zeta电位的变化规律相匹配。利用HMZSs与L-CAR之间的静电相互作用受pH影响,将L-CAR与HMZSs直接结合构建的智能纳米容器可以实现酸/碱响应控释。L-CAR负载HMZSs智能纳米容器被纳入水性环氧树脂涂层组装智能防腐涂料(IACs)。采用电化学阻抗谱(EIS)和扫描振动电极技术(SVET)对碳钢表面IACs的抗腐蚀性能进行了系统评价。与纯环氧树脂涂层相比,IAC具有更优异的耐腐蚀能力。通过监测人造划痕周围的腐蚀,观察到IACs显示出令人满意的自愈效果,这归功于于智能纳米容器自发地对微阳极区域的局部酸化以及微阴极区域的局部碱化反馈,快速释放L-CAR分子以补偿损坏的涂层。4.通过一步改进的Stober法合成了具有缓蚀剂,1-十六烷基-3-甲基咪挫鎓(HMID)和特殊的酸/碱双刺激促进释放性能的二氧化硅-咪唑啉纳米复合材料(SiO2-IMI)。Si02-IMI均匀分散在疏水Si02溶胶中,在铝合金AA2024表面制备疏水性“主体”-“客体”反馈活性涂层(Si02-IMI@SHSC)。SiO2-IMI作为“客体”组分与“主体”溶胶-凝胶涂层具有良好的相容性。更重要的是,一旦AA2024表面发生局部腐蚀,Si02-IMI可同时响应腐蚀性微阴极区域周围环境pH值的增加和微阳极区域附近pH值的降低,迅速释放HMID,形成致密的分子膜,抑制腐蚀扩散和执行自修复功能。通过扫描振动电极技术(SVET)监测阴极/阳极腐蚀活动的抑制过程。此外,归功于超疏水表面,Si02-IMI@SHSC在0.5 MNaCl溶液中浸泡35天后仍具有保护能力,远优于具有相同涂层厚度的传统溶胶-凝胶涂层。Si02-IMI@SHSC的制备工艺简便,取代非环境友好型的铬酸盐转化涂层的实际应用潜力巨大。