海洋环境下燃气轮机燃气涡轮发动机引擎中的热障涂层（TBCs）通常工作在极端恶劣环境（如高温/压力气体、高温梯度、高应力梯度、高离心力、熔盐腐蚀等严重条件），因此评估TBCs的完整性状态对于确保燃气轮机燃气涡轮发动机的安全性和可靠性至关重要。然而，传统的定期维护方式主要采用对TBC进行目视检查为主，检查是否有裂缝、剥落、侵蚀或其他损坏，这需要对燃气轮机燃气涡轮发动机退役和部分拆除。更为关键的是，涂层中微小的缺陷或内部损伤，往往是导致涂层失效的罪魁祸首，却难以被传统方法准确识别。

基于上述难题，在这项研究中，湘南学院韩滔副教授课题组联合广东省科学院张小锋教授课题组，创新性地开发了一种基于量子点（QDs）阴离子交换的新型无损评价（NDE）技术。通过Cl离子与CsPbBr₃量子点之间交换阴离子，并建立QDs、NaCl浓度以及涂层上光致发光（PL）特征峰位置三者之间的依赖关系，我们实现了对涂层腐蚀程度的定量分析。PL特征峰位置的大幅蓝移（超过100纳米）确保了该NDE技术具有极大的操作范围；PL峰位置与涂层热生长氧化物（TGO）之间的依赖关系，证明利用该无损评价技术可以很容易地识别涂层中微米级别的TGO变化。基于量子点阴离子交换的无损评价为检测海洋环境用涂层的故障提供了一种快速简便的方法，对于未来海洋作业中各组件寿命检测具有重要意义。

图1.QD溶液和盐浓度的相关性。(a, c) QD溶液与不同盐水浓度混合的光学照片和PL光谱，(b, d) QD溶液与TBC表面不同重量NaCl粉末混合的光学照片和PL光谱，(e) PL特征峰随盐水浓度增加的变化曲线。(f) PL特征峰随着盐重量增加的变化曲线。

图2. 不同盐浓度混合量子点的物理参数、阴离子交换和水驱动Ostwald熟化示意图。(a，b，c) TEM和相应的EDX图，(d) XPS图，(e) 阴离子交换和量子点熟化示意图。

图3.涂层参数随QD溶液和NaCl浓度增加的变化曲线。(a) 不同NaCl浓度与20.0mg/mL量子点混合的涂层光学照片，(b，c) 图3a中TBC和Al₂O₃ TBC的PL光谱，(d) PL特征峰随NaCl浓度增加的变化曲线，(e) 不同QD浓度与0.4mg/cm² NaCl溶液混合的涂层光学照片，(f，g)图3d中TBC和Al₂O₃ TBC的PL光谱，(h) PL特征峰随QD浓度增加的变化曲线。

图4. 量子点阴离子交换涂层不同热盐腐蚀时间的物理参数。(a)光学照片，(b)涂层在阴离子交换后的表面FE-SEM图像，(c)涂层在阴离子交换后的横截面FE-SEM图像，(d)在横截面FE-SEM图像中的TGO，(e) PL光谱，(f)特征PL峰和TGO厚度随热盐腐蚀时间增加的变化曲线。

图5. 基于QD阴离子交换的汽轮机叶片无损评价技术及其应用。(a) 用于涡轮机叶片无损评价的QD阴离子交换示意图，(b) 基于阴离子交换的无损评价的各种应用场景。

韩滔，副教授，博士，湘南学院物理与电子电气工程学院副院长，微电子与光电子技术湖南省普通高等学校重点实验室主任，湖南省青年科技人才（荷尖人才），湖南省青年骨干教师。韩滔长期从事半导体光电材料与器件的研究，先后主持了1项国家自然科学基金青年项目和5项省级科研项目，至今以第一/通讯作者在Nature Communications、Nano Research等国内外发表25篇论文，获湖南省光学科技进展奖一等奖1项。

张小锋，正高级工程师，博士，广东省科学院新材料研究所 (现代材料表面工程技术国家工程实验室) 热喷涂研究中心副主任，国家优青、广东省杰青、珠江新星。提出航空发动机热障/环境障涂层镀铝表面改性技术，实现型号应用。获中国有色金属学会“全国有色金属优秀青年科技奖”、“中国有色金属创新争先计划”、“杰出工程师青年奖”，广东省材料研究学会“青年科技奖”、全国发明展览会铜奖，以及广东省科技进步一等奖、中国有色金属工业科技进步一等奖(2项)等。现任中国硅酸盐学会特陶分会青工委副主任、中国机械工程学会表面分会青工委副主任、广东省材料研究学会青工委秘书长等。至今，以第一/通讯(含共同)在Nat. Commun.、Mater. Sci. Eng. R.等期刊发表SCI论文77篇，授权国家发明专利31件。担任《材料研究与应用》执行主编以及J. Adv. Ceram.、Rare Metals青年编委。主持GF973项目课题、两机国家重大专项课题等十余个涂层项目。

Han T, Ding S, Wang Z, et al. High-precision nondestructive evaluation of a thermal barrier coating based on perovskite quantum dot anion exchange. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-023-6355-x.

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