近日，内蒙古大学化学化工学院王文波教授、能源材料化学研究院兰坤研究员联合德国马普所Michael Rohwerder教授在Progress in Materials Science期刊上发表了题为“Silica-containing coatings for corrosion protection”的综述论文，系统总结了二氧化硅基涂层的应用，为长效防腐提供了全新解决方案。

随着国家重大工程和高技术金属装备的不断发展，面临着高温、高湿、高盐和高辐照等极端环境带来的严重腐蚀挑战，严重缩短金属材料的使用寿命，不仅造成资源浪费和环境污染，还会造成重大的经济损失和安全事故。目前，针对金属材料的主要防腐方式包括：缓蚀剂、电化学防护、涂层防护和表面处理等。其中，有机涂层因施工简单、适应性强、性价比高等优势，被广泛应用于金属的腐蚀防护。针对涂层开发过程中填料的设计，本文概述了二氧化硅基填料的发展历程（如图1），系统综述了二氧化硅基填料的开发以及用于金属腐蚀与防护；首先全面介绍了涂层制备方法，随后系统介绍了利用未修饰二氧化硅、表面功能化和微纳米容器用于自愈合涂层的制备；最后，评估了其实际应用过程中盐雾效果，并展望了其未来的发展趋势。

图1 二氧化硅填料用于防腐涂层的发展历程

防腐涂层在工业应用和基础研究中被广泛采用。然而，选择一种最佳的涂层技术仍然具有挑战性，由于成本、性能、基材、兼容性、环境条件和外观要求在内的多个因素之间需要进行权衡。尽管涂层技术对最终涂层性能有着直接的影响，但在研究中这一方面往往被忽视。本节全面的回顾了用于防腐涂层的技术，如喷涂、浸涂、旋涂、棒/刀涂、电化学沉积和电泳沉积（如图2），这些方法能够生产出具有不同形态和厚度的涂层，从而满足各种场景的实际需求。

图2 防腐涂层的制备技术

在涂层中加入未修饰的二氧化硅填料能显著提高耐腐蚀性和机械性能，性能的提升是通过降低涂层孔隙率并引入曲折的扩散路径来实现的，该路径能有效延长腐蚀离子的渗透（如图3a,b）。然而，二氧化硅填料与基体之间的兼容性以及填料自身聚集的问题仍然是限制提升复合涂层的性能和寿命的关键。为进一步提升涂层的物理阻隔效果，表面功能化是提升二氧化硅填料在涂层基体中分散性和兼容性的有效策略，该策略不仅减少了表面羟基的数量，从而提高了与聚合物基体的亲和性，还促进了填料的均匀分散（如图3c）。此外，使用硅烷偶联剂或聚合物修饰剂处理的二氧化硅填料可以增加复合涂层的交联密度，有效防止腐蚀性电解质的渗透。而自愈合涂层作为一种兼具“物理屏障”和“活性保护”效果的涂层，通过将活性物质装载到多孔二氧化硅内来防止其与涂层基质直接接触（如图3d），同时实现按需释放。当腐蚀发生时，容器会释放活性物质通过形成一层致密的保护膜使受损区域钝化。一旦腐蚀刺激停止，释放就会停止，从而在正常情况下避免过早泄漏。这种方法能够确保活性物质的使用效率，并减少对环境以及涂层基质的潜在不良影响，使得它们在智能防腐涂层中得到广泛应用。

图3 二氧化硅填料防腐机制概述

盐雾测试是一种重要的模拟实际应用场景的检测方法，用于评估涂层材料的宏观抗腐蚀性能，能提供与工业应用和使用寿命预测相关的数据。图4系统的评估了二氧化硅基涂层的盐雾耐久性和腐蚀照片，为实际应用二氧化硅基涂层的选材和服役寿命提供了重要的参考。

图4 二氧化硅基涂料的盐雾试验结果

尽管二氧化硅基涂层已表现出巨大的应用潜力，但要实现大规模普及和性能再升级，仍面临三大核心挑战：填料分散不均匀，释放动力学难以精准控制和规模化生产成本高。针对这些问题，未来研究应聚焦三大方向：开发环保低成本改性技术，如利用生物基材料改性二氧化硅填料；设计微纳米容器可逆控制开关系统，通过超分子相互作用、光热响应等，实现活性物质多次“释放—停止”循环，适用于长期腐蚀防护需求；借助计算模拟辅助，通过AI模拟二氧化硅填料的分散状态、活性物质的释放路径，精准优化涂层配方，减少实验试错成本（如图5）。综上所述，本文对二氧化硅基填料和容器的防腐性能进行了全面的分析，为其他填料的防腐性能提供了参考框架。旨在激发进一步深入的研究和创新策略，以推进防腐涂料领域的发展。

图5 二氧化硅基防腐涂料面临的挑战和未来的发展前景

内蒙古大学为论文第一单位，尹月、李爽为论文第一作者，Micheal Rohwerder，兰坤、王文波、尹月为论文通讯作者。

（供稿：科学技术处     编辑：武涛      审核：刘雪峰     终审：阿茹娜）