基于石墨烯（Gr）和六方氮化硼（hBN）的二维涂层可以在1~2纳米的超薄厚度下给金属表面提供多功能一体化的保护作用（比如抗腐蚀、抗氧化、润滑），能提高各类小型电子器件和大型设备中核心金属部件的使役稳定性。为了清晰研究这类微观表界面结构在复杂环境中的使役行为，我们特别需要第一性原理计算这样的理论方法，从原子尺度上获得物理化学机理和性能规律的信息，从而促进先进调控原理的构建和优异涂层的精准设计。
我们基于严格的第一性原理计算方法和紧密的理论-实验合作，不仅定量揭示了环境物质在涂层表面的微观行为规律，及其与二维涂层/金属界面之间的强耦合机理，也清晰勾勒了二维涂层/金属界面上电偶腐蚀效应的具体表现形式，最后基于现有的材料制备技术，从多个角度提出增强结构缺陷使役稳定性和抑制电偶腐蚀效应的高效方案，其中包括（1）适当增加多层二维材料、（2）设计Gr/hBN混合涂层构架、（3）涂层结构缺陷的ALD Al₂O₃沉积钝化、（4）涂层结构缺陷的快速精准缓蚀修复。不仅二维涂层的长效使役性能得到了普遍的实现，而且各个设计方案中的核心基础微观原理得到了严格的验证，研究成果在未来具有较好的普遍指导价值。
相关研究课题受国家自然科学基金-面上项目（22272192）、国家自然科学基金-联合基金项目（U21A20127）、宁波市自然科学基金（2021J229）支持。

相关研究论文：

[1] Q. Tian, 2022, to be submitted.

[2] Y. Wu, Advanced Functional Materials, 2022, 32, 2110264.

[3] T.-Y. Sun, Carbon Trends, 2021, 2, 100013.

[4] S. Ren, Materialia, 2020, 11, 100697.