石墨烯凭借其优异的阻隔性能与化学稳定性，在金属防腐涂层领域展现出巨大潜力。然而，石墨烯在涂层中随机分布及其固有的促腐蚀活性（CPA），限制了防腐耐久性的进一步提升。因此，开发兼具定向排列结构与界面自修复能力的石墨烯防腐涂层具有重要意义。基于此，本文，上海交通大学沈彬 特聘教授团队在《Carbon》发表名为”Durable and Interfacial Self-Healing Corrosion Protection via Mussel-Inspired Directional Graphene/Epoxy Coatings”的论文，研究提出了一种受珍珠层与贻贝黏附蛋白（MAP）启发的定向石墨烯/环氧（M-DGE）复合涂层策略。该涂层通过层层交替堆叠水平取向石墨烯与环氧树脂（EP），并引入 MAP 界面层，制备出高阻隔、可界面自修复的 M-DGE 复合涂层。
此外，受马兰戈尼效应（Marangoni）效应驱动，石墨烯纳米片（GNSs）层间距被压缩至 10 nm 以下并与环氧层紧密键合，进一步优化了涂层的物理屏障性能与界面结合力。经 220 天 3.5% NaCl 溶液浸泡测试，M-DGE 涂层的阻抗模量仍保持在约 10¹⁰ Ω·cm²，较纯环氧涂层提升 4–5 个数量级；划伤后 MAP 在 24 h 内于暴露表面形成致密钝化膜，界面电阻提升 2–3 个数量级并抑制石墨烯促腐蚀效应。同时，该涂层还具有优异的长期耐久性与界面自修复性能，使其适用于海洋装备、桥梁等严苛腐蚀环境下的金属防护。本研究提出了一种贻贝黏附蛋白界面层与定向石墨烯协同的复合涂层策略，该策略显著增强了环氧涂层的防腐耐久性与界面自修复能力，并为长效、智能防腐涂层的设计提供了新的思路。
Fig. 1. (a) Preparation process and (b) schematic illustration of the microstructure of the mussel-inspired directional graphene/epoxy (M-DGE) composite coating.
总而言之，本文制备了一种将贻贝粘附蛋白界面层与定向石墨烯/环氧树脂层压复合涂层集成的涂层。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分析证实，石墨烯层与环氧基体紧密结合，石墨烯纳米片之间的垂直间距小于10 nm。电阻抗谱（EIS）结果表明，裸EP涂层在NaCl溶液中浸泡20天后，其Z0.01Hz值降至3.73×10⁵ Ω·cm²。相比之下，M-DGE涂层在浸泡220天后仍保持约10¹⁰ Ω·cm²的阻抗，比EP涂层提高了4–5个数量级。此外，对划痕试样的电阻抗谱（EIS）测试表明，DGE涂层中的腐蚀因石墨烯的电化学效应而加剧。相反，对于 M-DGE 涂层，随着浸泡时间的延长，电荷转移电阻增加了 2–3 个数量级。这种增强效应源于通过DOPA–Fe³⁺螯合作用，在缺陷处原位形成致密的钝化膜，该钝化膜能够阻隔腐蚀性介质，并减轻石墨烯的促腐蚀效应。其关键突破在于MAP改性层、定向石墨烯/环氧树脂结构以及Fe³⁺-儿茶酚界面自愈合作用之间的协同效应，为在恶劣海洋环境中开发长寿命智能防腐涂层提供了新的设计原则。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2026.122028
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