水凝胶涂层依托高含水量与致密水化层实现抗污，同时其多孔网络具备优良的负载与缓释能力，可按需释放缓蚀剂并阻隔腐蚀离子/水分渗入以减缓腐蚀。通过“分级结构（纳米填料/聚合物网络/界面黏结层）+界面工程（引发/偶联/引物层）”协同设计，可在单一水凝胶体系中集成防污、防腐、耐磨、自修复等多功能。当前瓶颈在于层级结构的界面力学性能失配与微裂纹导致的耐久性下降。因此，构筑一体化、匹配良好的层级水凝胶涂层体系具有关键意义。

  如图1所示，通过模拟海绵的自适应“皮肤增韧”机制，阿尔伯塔大学的曾宏波/郑州大学杨闻帅团队提出了一种离子编织的水凝胶涂层的表面微结构调控测力，借助金属离子主导的表面螯合诱导行为，使经单宁酸改性纤维素纳米晶（TA/CNC）从柔软的水凝胶基体中快速原位迁移并在表面形成受限的“装甲”层，从而在不破坏整体结构完整性的前提下，实现稳健的表面防污和防腐的双重保护。

图1：一体化层级结构水凝胶涂层的构筑策略

图2：水凝胶涂层的机械性能测试

图3：水凝胶涂层表面防污性能测试

  在模拟流动工况（含腐殖酸、油水乳液、BSA蛋白等典型污垢）的定制流通管路测试中，内壁覆有 Ar-Hy涂层 的硅胶管展现出广谱且耐久的防污性能：截面 SEM/EDS 证实其形成致密、均一的内壁涂层，动态运行后无可见污垢累积，而裸管出现严重沉积（含碳球形油污）。机理上，SFA 测得 Ar-Hy 涂层与 BSA 的黏附力仅 ~0.89 mN·m?1，较 Hy涂层 的~12.3 mN·m?1 下降约14 倍；QCM 显示蛋白残留亦显著降低，且历经 4 轮吸附/冲洗循环频移仍低且稳定。宏观与分子尺度的证据一致表明：亲水 Ar-Hy 涂层表面的水合层有效抑制污垢吸附，其致密表面进一步阻止污垢向水凝胶内部扩散，共同成就其卓越防污性能，为复杂流动体系提供可行的抗污染路径。

图4：水凝胶涂层表面防腐性能测试

  Ar-Hy涂层在表面构建致密“装甲层”实现表面孔道封闭，显著抑制缓蚀剂外渗：以BTA为模型，释放速率常数仅为Hy的一半，12天累计释出降低84.5%。将BTA封装于涂层并用于铜表面（Ar-Hy@Cu）后，在3.5 wt% NaCl + 1 wt% BSA 模拟海水体系中保持金属光泽并显著抗腐。GI-XRD/XPS 证实腐蚀产物 Cu?O 明显受抑：12天后裸Cu 表面Cu?O占比高达 ~65.4%、BTA@Cu ~36.1%，而 Ar-Hy@Cu 仅 ~3.1%；形貌上 Ar-Hy@Cu 表面平整，而对照组随时间演化为“砖块状→球状”腐蚀颗粒并伴随含氧升高，表明“孔封闭抑泄漏 + 持续缓释 + 抗污减腐” 的协同机理赋予 Ar-Hy 涂层耐久、稳定的防腐效能，即使在污垢加速腐蚀的条件下亦然。

  该工作以《Biomimetic Ion-Orchestrated Hierarchical Armored Hydrogel Coating for Robust and Multifunctional Surface Protection》为题，发表在《Advanced Functional Materials》期刊上。阿尔伯塔大学的曾宏波教授、清华大学彭旭雯博士、武汉工程大学周芳教授为本文的共同通讯作者，郑州大学杨闻帅教授与阿尔伯塔大学赵子谦博士为本文的第一作者。

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202522778