Исследователь Фань Сяоцян из Юго-Западного университета транспорта и другие, опубликованные в журнале «Compos. Part B-Eng.»: Ориентированное расположение Ti3C2Tx — значительное повышение эффективности защиты эпоксидного покрытия от абразивного износа 

Ti3C2TxMXene, как новый тип двумерного слоистого материала, по сравнению с графеном, широко используемым для защиты поверхностей и границ раздела, помимо общих характеристик, таких как высокая удельная поверхность, превосходные механические свойства, а также отличная электро- и теплопроводность, обладает такими преимуществами, как короткий цикл получения малослойных чешуек, незначительное влияние поверхностных концевых групп на механические свойства и хорошая совместимость с полимерными границами раздела. Таким образом, благодаря этим преимуществам Ti3C2Tx обладает чрезвычайно высоким потенциалом для применения в лакокрасочных покрытиях в качестве антикоррозионного и износостойкого материала.

Предварительные исследования показали, что использование малослойного Ti3C2Tx MXene в качестве наполнителя для эпоксидных смол на водной основе позволяет значительно повысить антикоррозионные и износостойкие свойства покрытия (Progress in Organic Coatings 2019, 135, 156–167); впоследствии с помощью аминированного Ti₃C₂Tx MXene удалось улучшить стабильность дисперсии и поведение на границе раздела в водных эпоксидных смолах, что позволило ещё больше повысить антикоррозионные и износостойкие свойства покрытия (Journal of Materials Science & Technology, 2020, 54, 144–159); Однако при этом сохранялась проблема склонности Ti3C2Tx MXene к окислению. Чтобы предотвратить его контакт с кислородом, с помощью превосходных барьерных свойств графена в отношении молекул кислорода и воды был создан композитный ингибитор на основе Ti3C2Tx MXene, обернутого графеном (Carbon 2020, 157, 217–233); однако в связи с экстремализацией условий эксплуатации и рабочих режимов оборудования, под воздействием длительного взаимодействия «механических и химических факторов» коррозионная среда проникает на границу раздела покрытия и матрицы, образуя гальваническую ячейку и ускоряя коррозию. Для решения этой сложной задачи долгосрочной защиты с помощью технологий модификации поверхности (микродугового окисления и азотирования) была создана система совместной защиты на основе неорганических и органических компонентов, которая не только устранила проблему ускорения коррозии из-за образования гальванической ячейки, но и значительно улучшила поведение границы раздела покрытия и эффективность совместной защиты (Corrosion Science, 2020, 174, 108813; Applied Surface Science, 2021, 536, 147974).

Однако физическая барьерная сеть, образованная хаотично распределенными частицами Ti3C2Tx, обеспечивает защитные свойства покрытия, значительно ниже теоретических значений. Решающую роль в этом играет ориентация нанопластинок Ti3C2Tx в покрытии; способ их расположения в покрытии можно разделить на три типа: вертикальное распределение, хаотичное распределение и параллельное распределение. Исходя из принципа защиты, основанного на использовании двухмерных микро- и наноматериалов в покрытии, когда нанолисты Ti3C2Tx расположены перпендикулярно поверхности покрытия, экранирующий эффект исчезает, а коэффициент использования наполнителя равен 0%; при случайном распределении Ti3C2Tx эффективность использования наполнителя составляет 0 ~ 100 %, при этом экранирующий эффект в разных точках покрытия неравномерен, а защитные свойства ниже теоретических расчетных значений; при параллельном распределении Ti3C2Tx относительно поверхности покрытия (т. е. перпендикулярно направлению распространения коррозионной среды) эффективность использования наполнителя может достигать 100 %, а защитные свойства приближаются к теоретическим прогнозам.

Недавно исследовательская группа по изучению эксплуатационных характеристик материалов Юго-Западного университета транспорта путем функционализации поверхности добилась изменения поверхностного заряда Ti3C2Tx с отрицательного на положительный. Затем определённое количество положительно заряженных частиц Ti3C2Tx смешали с эпоксидной краской для катодного электрофоретического нанесения и под действием постоянного тока с помощью технологии электрофоретического осаждения осуществили ориентированное расположение частиц Ti3C2Tx в эпоксидном покрытии, сформировав массив с параллельной ориентацией. Данный процесс обеспечил ориентированное расположение Ti3C2Tx и хорошее межфазное взаимодействие, что позволило Ti3C2Tx проявить максимальную защитную эффективность, а покрытие обладает превосходными антикоррозионными и износостойкими свойствами. Статья под названием «Achieving parallelly-arranged Ti3C2Tx in epoxy coating for anti-corrosive/wear high-efficiency protection» была недавно опубликована в авторитетном журнале «Composite Part B: Engineering». Первыми авторами статьи являются аспирант Юго-Западного университета транспорта Янь Хань и научный сотрудник Фань Сяоцян, а корреспондентами — Фань Сяоцян и профессор Чжу Миньхао.