Австралийские материаловеды разработали антикоррозионное покрытие, которое строится по принципу сочетания трёх уровней наноструктур: полимерных мицелл, металл‑органических каркасов и оболочки из диоксида кремния. В основу заложен ингибитор бензотриазол (BTA), который высвобождается в момент начала коррозии, когда изменение кислотности поверхности металла сигнализирует о разрушении. По данным исследования, покрытие сохраняло защитные свойства после 39 дней пребывания в солевом растворе, а рассчитанная скорость коррозии снизилась примерно в 600 раз по сравнению с обычными покрытиями. В публикации указывают на публикацию в журнале Small Science.

Ключ к инновации — объединение нескольких уровней наноструктур. Учёные использовали коммерчески доступный ингибитор BTA и поместили его в мицеллы полимера Pluronic P123. Затем вокруг мицелл вырастили каркас по принципу ZIF‑8 на основе цинка и органических лигандов, а финальным шагом стала оболочка из диоксида кремния толщиной около 20 нанометров. Это сочетание обеспечивает стабильность частиц и возможность управляемого высвобождения вещества.

Важная деталь экономии ингибитора: после добавления BTA средний диаметр мицелл возрос с примерно 10 до 21 нм, а формирование ZIF‑8 шло именно вокруг них. Присутствие одного BTA без мицелл нарушало кристаллическую структуру, тогда как все три компонента вместе — мицеллы, ZIF‑8 и оболочка — позволяли частицам быть стабильными. В итоге доля BTA достигла 16,2 процента по массе, тогда как у ZIF‑8 без мицелл максимум была 4,2 процента, а с мицеллами без ZIF‑8 — 9,3 процента.

Механизм высвобождения ингибитора основан на изменении кислотности в зоне коррозии. Анодное растворение металла и катодное восстановление кислорода приводят к локальным pH‑колебаниям: в кислой среде устойчивость ZIF‑8 снижается, в щелочной — активируется оболочка из кремния, открывая пути диффузии. BTA выходит из наноконтейнера, адсорбируется на обнажившейся поверхности металла и ингибирует коррозию. В кислой среде (pH около 3) высвобождалось около 35% BTA, в щелочной (pH около 10) — около 32%, а в нейтральной — всего около 4%.

Полученные наночастицы добавили в полиуретановое покрытие в концентрации около одного процента по массе и нанесли на оцинкованную сталь. После создания царапины на образцах поместили в раствор хлорида натрия. Через 14 дней продукты коррозии не обнаружили даже в области царапины, в то время как контрольный образец с чистым полиуретаном уже начал корродировать. В другом эксперименте образцы без царапин выдерживали в растворе NaCl 39 дней, после чего величина тока коррозии оставалась низкой — 3,2×10^-9 А на см². По экстраполяции исследователи оценили скорость коррозии материала в 37 нанометров в год, что в 600 раз ниже по сравнению с коммерческими покрытиями; оговорено, что расчёт не учитывает механические воздействия. В комментариях подчёркивается, что на практике результат может быть худшим.