简单来说：

• 阴极腐蚀保护被广泛应用，但其具体工作原理尚不明确，且受到专家的争议。
• ETH 的研究人员提出了一种机制来解决早期假设和理论之间明显的矛盾。
• 这些发现与老化基础设施的背景相关，有助于改善防腐保护并协调当今有时相互矛盾的标准。

 

腐蚀是一种化学反应，即使是最坚固的结构也会受到影响。钢等金属与氧气和水发生反应，然后生锈和腐烂。阴极保护在抗腐蚀方面起着关键作用。它通过减缓或阻止导致腐蚀的过程来保护钢结构。

 

阴极保护最早在两个世纪前于英国被科学界提出，此后在维护地下天然气管道和钢筋混凝土结构等现代基础设施方面发挥了重要作用。“然而，尽管阴极保护被广泛使用，但其背后的基本工作原理仍不明确且存在争议，”苏黎世联邦理工学院材料耐久性教授 Ueli Angst 表示。

 

目前，由 Angst 领导的研究小组在阐明其背后原理方面取得了重大进展，特别是对于钢材在土壤或混凝土等多孔介质中的情况。

 

他们的研究发表在《自然》杂志《通讯材料》上的一篇文章，揭示了金属和多孔介质界面阴极腐蚀保护所涉及的复杂过程。为了说明这种相互作用，值得一看的是该方法背后的历史。

 

两个世纪的技术发展

 

阴极防腐技术可以追溯到英国化学家兼发明家汉弗莱·戴维爵士，他在两百多年前描述了这一原理。当时，皇家海军面临一个问题：它用铜板覆盖舰船的木质船体，以防止结垢和腐烂——但铜船体很快就受到侵蚀，并在咸咸的海水中腐蚀。时任皇家学会会长的汉弗莱·戴维爵士以科学的名义开始寻找解决方案。

 

在意大利北部，路易吉·伽伐尼和亚历山德罗·伏特最近发现了当不同的贵金属结合在一起时会产生电流的现象。受此启发，戴维在实验室中证明了锌或铁等贱金属的小样本可以保护相对较大的铜片免受腐蚀，即充当牺牲阳极并自我腐蚀。

 

1824 年，皇家海军几乎直接从实验室将戴维的技术移植到整个舰队——结果发现，这一做法过于仓促。尽管铜船体现在已得到防腐蚀保护，但它们仍无法有效抵御海洋污垢：船只变得越来越重，几乎无法操纵。皇家海军不得不再次取消阴极防腐保护，而戴维的事件则因过早将知识转移到实践而成为历史上重大的失败教训。

 

安斯特说：“今天我们知道，阴极保护电流的副作用是促进矿物质在金属上的沉积，从而促进贻贝和其他海洋生物的生长。”尽管两个世纪前失败了，但戴维的工作为后来的应用奠定了基础。

 

关于其工作原理的两种假设

 

然而，又过了大约一百年，罗伯特·詹姆斯·库恩才在美国复兴这项技术，这一次是为了使埋地管道更加耐用。库恩的笔记表明，他在 20 世纪 20 年代对腐蚀过程的理解已经比戴维时代要深刻得多。库恩还“在现场”即在现实条件下进行了广泛的测试系列。