固体润滑国家重点实验室（LSL）知识库

    金属腐蚀给人类社会造成了巨大的经济损失并引起严重的安全事故，因而研究金属的腐蚀与防护具有重要意义。本论文首先综述了金属的腐蚀机理和常用的防腐方法。然后针对目前兴起的半导体光电能源技术和摩擦纳米发电技术，分别设计和制备了多种可见光响应的光阳极材料和新型摩擦纳米发电材料，并基于光生阴极保护和摩擦纳米发电机供能的阴极保护的原理，组装了不同的阴极保护系统，实现了对金属材料的电化学保护，为新型能源转化技术在金属腐蚀防护领域的应用做了初步探讨性研究工作。同时，设计合成了一种新型双季膦盐型缓蚀剂作为阴极保护的辅助手段，以实现对金属材料的协同防护。本论文的研究内容及结论如下：

    1.采用电沉积的方法，制备了具有同轴p-n异质结构的聚吡咯纳米线/二氧化钛纳米管(PPyNW/TiO₂NT)复合材料。光电流测试结果表明，该复合材料呈现出良好的可见光响应。电化学测试结果表明，该复合材料作为光阳极材料在可见光照射下产生光生电子，能够使基底金属钛和外接金属304不锈钢发生阴极极化，从而形成了有效的光生阴极保护。它同时作为一种复合防腐涂层对基底金属钛具有良好的腐蚀防护作用，实现了协同防腐的效果。

    2.利用阳极氧化铝(AAO)为模板，通过电沉积的方法在金属钛上生长聚吡咯纳米线(PPyNWs)，并作为摩擦电极组装摩擦纳米发电机(TENG)。基于摩擦起电和静电感应的原理，该TENG能将环境中的机械能转变为电能。输出性能测试表明，该TENG具有较高的输出电压和短路电流。此外，TENG取代了传统强制电流的阴极保护方法中所用的外加电源，能够为被保护金属提供充足的电子，从而实现阴极保护的效果。金属的浸泡实验结果表明，连接TENG的碳钢经过6h的浸泡后，表面仅发生了轻微的点蚀。开路电位和腐蚀电位的负移表明连接TENG的碳钢发生阴极极化。研究结果表明，TENG驱动的自供能阴极保护系统有望作为一种智能器件用于金属的腐蚀防护。

    3.通过稀释化学聚合的方法，在聚酰亚胺薄膜上制备了聚苯胺纳米纤维(PANINFs)，并用于组装柔性的TENG器件。掺杂态PANI(C-PANI)和去掺杂态PANI(N-PANI)作为摩擦层时能够产生相同量的摩擦电荷，而作为导电层传导电荷时存在着巨大的差异，这是因它们导电性的不同造成的。设计了一种风能驱动且具有夹心结构的TENG，双面均生长有C-PANI的聚酰亚胺薄膜作为中间振动层，能够在风能的吹动下发生高频率的振动，从而使TENG获得较高的输出性能。金属浸泡实验和电化学测试结果表明该TENG能够为金属提供充足的电子，从而形成有效的自供能型阴极保护。

    4.设计并制备了一种新型双季膦盐缓蚀剂，研究它对于碳钢的防腐效果。失重法及电化学测试结果表明该缓蚀剂对碳钢具有很高的缓蚀效率，并且随着缓蚀剂浓度的增加，缓蚀效率逐渐增大。缓蚀剂作为一种混合型缓蚀剂，能够同时抑制阴极和阳极电化学过程。缓蚀剂分子通过置换吸附的水分子而紧密的吸附在碳钢表面上，从而有效地阻隔了腐蚀性离子对金属基底的侵蚀。热力学分析结果证明缓蚀剂在碳钢表面的吸附遵从Langmuir等温吸附模型。该缓蚀剂有望作为阴极保护的一种辅助方法，实现更加有效的金属防腐效果。