西南交大孟凡彬课题组CEJ：一石二鸟 - 兼具隐身防腐性能的超螺旋聚吡咯材料

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随着吸波涂层的广泛运用，其不仅需要具备高效的电磁波吸波能力，同时还要拥有良好的服役行为和耐候性。目前，单一功能的隐身涂层难以应用于复杂多变的实际环境中，特别是在高温高盐湿环境下，传统的吸波体会因为腐蚀等行为大大缩减其使用寿命。因此，亟需研究出一类兼具高效吸波性能和腐蚀防护性能的隐身防腐一体化材料，解决常规吸波材料耐候性差、性能不稳定等问题。

西南交通大学材料科学与工程学院孟凡彬“电磁功能材料”研究小组近年来致力于新型电磁功能材料的设计和性能研究，包括多壳层石墨烯基气凝胶微球结构设计与吸波性能研究（Nano Research, 2018, 11, 2847; Nano Research, 2019, 12, 1423; Nano Research, 2020, 13, 477; Chemical Engineering Journal, 2020, 391, 123512；Chemical Engineering Journal, 2022, 427, 131746）、多尺度手性吸波材料设计和电磁特性研究（Nano Research, 2018, 11, 3329；ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9, 15711）、吸波防腐一体化功能材料研究（Advanced Science, 2021, 8, 2002658；Composites Science and Technology, 2021, 204, 108630）、界面调制增强电磁波损耗新机制（ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2018, 6, 16744；ACS Applied Materials & Interface, 2019, 11, 12424；ACS Applied Materials & Interface, 2019, 11, 17100），为新型吸波材料的设计、制备提供了新思路。

在此研究基础上，近期，孟凡彬研究小组提出利用软模板自组装策略制备了螺旋结构可调的超螺旋手性聚吡咯材料，发现其兼具高效电磁波吸收性能和优异防腐性能。首先研究发现，除传统聚合条件（反应温度、时间等）外，通过改变聚合过程中搅拌速度大小能够带来涡旋和切向剪切力的改变，从而进一步调控聚吡咯纤维的超螺旋结构。这一超螺旋聚吡咯纤维能够在电磁场作用下产生独特的电磁交叉极化能力并产生额外的磁损耗，最终实现电阻损耗、介电损耗与磁损耗的三位一体有效结合，从而带来宽频高效的电磁波吸收能力。此外，研究发现聚吡咯超螺旋纤维能够与腐蚀介质产生络合作用，形成钝化层从而抑制腐蚀进程，所得的吸波防腐涂层浸入3.5％氯化钠溶液中21天后，仍具有显著的腐蚀防护能力且吸波性能无明显下降。此工作详尽阐述了超螺旋聚吡咯的电磁波吸收和腐蚀防护性能，实现吸波涂层的隐身防腐一体化设计。

图1 超螺旋聚吡咯纤维微观形貌表征及聚合机理示意图

图2 超螺旋聚吡咯纤维结构性能表征

图3 超螺旋聚吡咯纤维的吸波性能

图4 超螺旋聚吡咯吸波剂阻抗匹配、衰减常数及吸波机理示意图

图5 超螺旋聚吡咯纤维涂层的电化学性能测试

图6 超螺旋聚吡咯基隐身防腐涂层腐蚀防护机理示意图

本工作以“Two birds with one stone: Superhelical chiral polypyrrole towards high-performance electromagnetic wave absorption and corrosion protection” 为题发表于Chemical Engineering Journal（2021, 10.1016/j.cej.2021.131582）。共同第一作者为西南交通大学材料科学与工程学院2018级硕士研究生任和松和2019级硕士研究生李天，通讯作者为西南交通大学材料科学与工程学院孟凡彬副教授。本研究工作得到了国家自然科学基金（No.51903213和No. 5217130190）、四川省科技支撑计划（No. 2020YFH0053）、中央引导地方科技发展资金—深圳虚拟大学园专项资金项目（No. 2021Szvup124）等项目的资助与支持。

论文信息：

Hesong Ren1, Tian Li1, Huagao Wang, Zihao Guo, Tanlin Chen, Fanbin Meng*, Two birds with one stone: Superhelical chiral polypyrrole towards high-performance electromagnetic wave absorption and corrosion protection. Chemical Engineering Journal, 2021, 10.1016/j.cej.2021. 131582.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894721031636

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