Corros. Sci.：具有优异的超疏水表面和抗腐蚀性能的盘状柱状液晶纳米结构

【引言】

盘状柱状液晶（DCLCs）是用于分子电子器件的有前途的一类材料。DCLC可以很容易地在衬底上的大均匀区域中形成明确的疏水上层结构。这种微结构是某些自然界自清洁表面的典型地形特征，例如荷叶和蝴蝶翅膀，具有大约10-20微米的粗糙的结构，由100纳米到1微米更精细的结构涂层。即使这些DCLD冷却直到它们凝固然后再次加热，对齐依然存在。 这些性质以及它们类似于聚合物的事实不同于典型的单体液晶（MLCs）。因此，DCLC在Brostow分类中被归类为聚合物液晶，分类ζM，由一维（1D）和二维（2D）的多重圆盘组成。

基于DCLC的保护层可用于防止金属表面的腐蚀性降解。金属腐蚀可能由一个或多个环境因素引起，例如空气，水，温度等。由于金属腐蚀过程本质上是电化学的并且通常从表面开始，因此减少它的一种有前途的方法是开发可控制的、防止金属表面与水或空气接触的薄膜和涂层形式的物理屏障，例如通过使用惰性金属，导电聚合物，自组装单层（ SAMS）或石墨烯。石墨烯涂层的最新进展将为石墨烯的商品化打开更广阔的领域。石墨烯在高达400°C的环境条件下具有化学惰性和稳定性，具有独特的性能组合，非常适合缓蚀。基于石墨烯可用作耐腐蚀膜的事实，本文研究了石墨烯样hexa-peri-六苯并蔻（HBC）衍生物作为防腐蚀保护涂层。

【成果简介】

近日，台湾国立高雄师范大学（NKNU）的陈秀慧副教授（通讯作者）在Corrosion Science期刊上发表了题为“Excellent superhydrophobic surface and anti-corrosion performance by nanostructure of discotic columnar liquid crystals”的研究论文。文中，作者成功合成了一系列高，低对称的hexa-peri-六苯并蔻衍生物化合物1-3，用于铁表面的耐腐蚀性研究。并通过电化学阻抗谱（EIS）和接触角（CA）测量等证明：化合物1显示出优异的抗腐蚀行为，获得了186.7kΩ/ cm²的高电阻和海水中的优异疏水性（CA~143.9°）。铁表面的盘状柱状液晶（DCLCs）涂层可在各种环境下提供保护，包括暴露于空气和不同pH值的溶液。这种特性归因于盘状柱状液晶的优异疏水性和自我修复特性。

【图文导读】

图1：不同对称性的HBC衍生物

图2：化合物1在铁表面的SEM图像

（a）加热处理前（垂直排列）；

（b）加热处理后（均匀排列）。

图3：化合物1的粘附性测试

（a）化合物1在自退火后涂覆在铁板上的化合物1（化合物1（H））的粘附性测试；

（b）加热后涂覆在铁表面上的化合物1（化合物1（H））并用交叉切割法处理；

（c）将化合物1与聚苯乙烯（PS）以1:1（w / w）的比例混合并用交叉切割法处理。

图4：化合物1（H）加热处理和（b）与聚苯乙烯（PS）混合（1：1 = w / w）的表示

图5：将DCLC材料涂覆在不同的基底上并浸入水中

图6：铁和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小时间的重量变化

图7：在质量5％NaCl水溶液中测量的化合物1，化合物1（H），PS +化合物1和PS +化合物1（H）的奈奎斯特图

图8：奈奎斯特图及Randles等效电路

（a）具有化合物1（H）的拟合曲线的奈奎斯特图；
（b）Randles等效电路。

图9：在质量5％NaCl水溶液中测量的化合物1，化合物1（H），PS +化合物1和PS +化合物1（H）的奈奎斯特图（7天后）

图10：在质量5％NaCl水溶液中测量的化合物1，化合物1（H），PS +化合物1和PS +化合物1（H）的奈奎斯特图的波特图。

【小结】

本文已经证明DCLC可以成为用于铁的防腐蚀的良好钝化层。在化合物1-3中，化合物3具有最低的结构对称性。分子结构中的较低对称性导致较低的熔点，并且分子的填充效率较低，因此提供了较低的抗腐蚀能力。有序排列对于防腐蚀应用很重要。化合物1显示出优异的抗腐蚀能力，甚至比商业材料更好。随着耐腐蚀应用的进一步发展，摩擦学性能需要提前测试。作者开发的用于生成疏水表面的方法非常简单且有效。因此，该方法具有重要的实际应用，包括自清洁表面和防雾涂层。

文献链接：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）

本文由材料人纳米组Jing供稿。

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