【儀表網 研發(fā)快訊】隨著海洋、能源和航空航天等領域的快速發(fā)展，材料在復雜服役環(huán)境中的耐久性問題日益突出。微生物腐蝕(MIC)已成為威脅重大工程裝備安全性和服役壽命的關鍵因素之一。與傳統(tǒng)化學或電化學腐蝕不同，MIC涉及微生物代謝產物、生物膜形成及群落協(xié)同作用等多尺度和多物理場耦合過程，其機理更為復雜，防護技術成為重大挑戰(zhàn)。因此，深入揭示復雜條件下微生物腐蝕的作用機制，開發(fā)綠色、穩(wěn)定和長效的防護體系，對保障關鍵設施可靠運行和推動新材料研發(fā)具有重要意義。
 

　　近日，中國科學院金屬研究所孫成研究員團隊基于海洋、油氣田及新能源等領域微生物腐蝕研究的長期積累(Corrosion Science 248,2025,112797；Corrosion Science 237,2024,112341；Corrosion Science 233,2024,112102;Corrosion Science,216,2023,111084；Corrosion Science 207,2022,110573；Corrosion Science 200,2022,110228；Corrosion Science 193,2021,109893等)，聯(lián)合金屬研究所沈陽材料科學國家研究中心王宇佳研究員團隊和東北大學徐大可教授團隊，在微生物腐蝕控制領域取得突破性進展。團隊成功開發(fā)出具有"離子調控"功能的Cu-Ag雙金屬納米粒子水溶膠，該技術通過原子級精準的結構設計實現(xiàn)了銀離子釋放動力學的程序化調控，使抗菌性能大幅提升。密度泛函理論計算發(fā)現(xiàn)雙金屬界面特有的電子轉移效應可顯著增強抗菌活性，在50 ppm低濃度下即可使典型腐蝕性硫酸鹽還原菌(SRB)附著量降低5個數量級，有效抑制生物膜形成。同時開發(fā)的原位聚合物包覆技術成功攻克了納米顆粒在高鹽環(huán)境中的團聚失效難題。實驗證實該溶膠在50 ppm濃度下對X80鋼的MIC抑制率高達90%以上。這一研究為設計下一代智能防腐材料提供了全新理論范式，將為我國油氣開發(fā)、儲氫設施等國家重大工程中的MIC防護提供關鍵防護保障。
 

　　相關研究工作以“Synthesis of Cu-Ag Bimetallic Nanoparticle Hydrosols and Their Superior Antibacterial Performances for Control of Microbial Corrosion by Desulfovibrio Desulfuricans Biofilm”為題發(fā)表于Adv. Funct. Mater. 2025,2500354。東北大學與金屬所聯(lián)合培養(yǎng)碩士生李昌鵬、金屬所博士生才政為論文的共同第一作者，金屬所韋博鑫副研究員、許進研究員和東北大學徐大可教授為論文的共同通訊作者。
 

　　該研究工作得到了國家自然科學基金(U24A2032和52301115)、國家杰出青年科學基金(52425112)和中國博士后科學基金(2023M743575)的資助。
 

圖1. Cu-Ag BNPs水溶膠的制備和表征
 

圖2. Cu-Ag BNPs水溶膠殺菌和緩蝕性能測試結果
 

圖3. Cu-Ag BNPs水溶膠緩蝕性能電化學評價
 

圖4. 腐蝕產物膜的XPS和ToF-SIMS表征分析
 

　　圖5. Cu-Ag BNPs水溶膠金屬離子吸附與脫附DFT計算與抗菌-緩蝕機理示意圖