保護塗層下區域性金屬腐蝕的初步檢測和即時修復對於金屬材料在其生命週期中的長期應用以及減少環境影響和碳排放具有重要意義。本文，復旦大學Bo You等研究人員在《Prog Org Coat》期刊發表名為“A novel smart anti-corrosive coating based on the beanpod-inspired microcontainers with self-reporting and self-healing abilities”的論文，研究受豆莢的啟發，製作了一種基於pH響應微容器的智慧環氧防腐塗層。
受豆莢啟發的微容器（micropod）由高容量中空介孔二氧化矽奈米顆粒/氧化（MSN-NH2/GO 微容器）和指示劑及抑制劑1,10-菲羅啉（Phen）組成。微模組的pH響應性來自於GO靜電閥與 MSN-NH2的相互作用，在不同的pH值下，MSN-NH2的表面電荷會發生變化，從而控制 Phen的釋放。當隨著pH值的升高發生塗層下腐蝕時，Phen從脫離的微柱中逸出，與溶解的Fe2+配位，呈現出橘紅色，並形成被動的絡合物膜阻止腐蝕，從而實現腐蝕感應和抑制。同時，GO的高寬比延長了腐蝕性介質在塗層中的擴散途徑，從而增強了塗層的耐腐蝕性。Phen@micropod/epoxy防腐塗層在浸泡試驗和鹽霧試驗中表現良好，在30天浸泡試驗中保持完好，其Rc值是純環氧塗層的1000倍。
方案1.受beanpod啟發的micropods設計 （MSN-NH2/GO microcontainer） 流程圖
圖1. a）SEM影象和 b）MSN-NH2的TEM影象、N2吸附-解吸等溫線和 c）MSN-NH2的孔分佈曲線，d）Phen@MSN-NH2和 e）不同pH值下水溶液中MSN-NH2和GO的Zeta電位。
圖2. a) 空微柱和 b) 填充微柱（藍色代表 Phen）的 TEM 影象；c) Phen、空微柱和填充微柱的 TGA 和推導 TGA 曲線；d) pH 值為 7 和 10 時 Phen 從微柱中的釋放曲線；e) pH 值為 7 和 10 時微柱（MSN-NH2/GO 微容器）的組裝和分離機制圖示。
圖4：a) 完整的純 EP 塗層的奈奎斯特圖和 b、c) Bode 圖；d) Phen/EP 塗層的奈奎斯特圖和 e、f) Bode 圖；g) Phen@MSN-NH2/EP 塗層的奈奎斯特圖和 h、i) Bode 圖；j) 浸泡在 3.5 wt% NaCl 溶液中的填充微柱/EP 塗層的奈奎斯特圖和 k、l) Bode 圖。
圖5. a) 用於擬合不同浸泡階段塗層 EIS 結果的等效電路，b) Rc、c) 吸水率和 d) 對數 fb 隨浸泡時間的變化。
圖8：a) 塗層遇到膜下腐蝕或機械破壞時的自報告和自修復機制；b) 相應的拉曼光譜；c) Phen 中 N 的高解析度 XPS 結果；d) 在3.5wt% 的 NaCl 溶液中浸泡55小時後劃痕區域的產物。
在這項研究中，我們提出了一種受豆莢啟發設計的具有自報告和自修復能力的智慧防腐蝕塗層。帶正電荷的中空介孔二氧化矽（MSN-NH2）和帶負電荷的氧化石墨烯（GO）透過靜電組裝複製了豆莢的結構。合成的微柱（MSN-NH2/GO微容器）作為無毒指示劑和抑制劑 Phen的大容量微容器，將Phen與環氧基質隔離，避免了不相容和早期洩漏。當pH值升高時，MSN-NH2的表面電荷變為與GO相同的負電荷狀態，導致靜電斥力剝離並釋放出封裝的 Phen，模擬了豆莢成熟時的爆裂行為。這種觸發釋放模式保證了當區域性pH值升高而發生腐蝕時，塗層中的微柱能釋放出Phen，GO既是控制Phen釋放的閥門，又是抑制腐蝕性介質擴散的屏障。
因此，在浸泡試驗和鹽霧試驗中，Phen@微柱/EP塗層的防腐蝕效能非常出色，這得益於GO的高縱橫比，浸泡30天后，塗層的耐腐蝕效能提高到1.4×1010Ω-cm2，吸水率降低到1.6 vol%。一旦Phen在腐蝕現場區域性釋放，Phen就會與溶解的 Fe2+相互配合，實現著色並形成覆蓋腐蝕部位的被動膜，為報告塗層排除裝置下的初步腐蝕情況提供了視覺化解決方案，並能瞬間自我修復，抑制腐蝕的發展。該生物啟發多功能塗層在防腐蝕領域的應用前景廣闊，具有合理的觸發釋放模式和較高的負載抑制劑、指示劑或修復劑的能力，對早期控制腐蝕發展和維護金屬結構，減少金屬腐蝕造成的環境汙染和碳排放具有重要意義。
本文來自“材料分析與應用”。
