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石墨烯防腐原理研究分析

石墨烯防腐原理研究分析

本項目研究的石墨烯防腐涂料,以石墨烯作為防腐添加劑。石墨烯,是人類已知最薄最強的材料,包含單層碳原子,這些原子連接成蜂巢狀排列,具有以下幾個特點:

1)石墨烯的二維片層結構,使其在涂料中層層疊加,可形成致密的物理隔絕層,起到突出的物理隔絕作用。

2)石墨烯理論比表面積達到2630m2/g,使其在涂料中均勻分散后較薄的涂層即可形成大面積的?;げ?,

3)石墨烯的防水性。石墨烯的表面效應使得石墨烯與水的接觸角很大,對水的浸潤性很差,水分子很難被石墨烯吸收,這就是石墨烯的防水性。當在環氧樹脂涂料中加入石墨烯后,石墨烯的防水性會阻止水分子通過涂層進入到金屬基體表面,從而降低了金屬表面的腐蝕。

4)石墨烯的快速導電性。石墨烯的特殊結構使得石墨烯具有快速的導電性。

英國劍橋知識產權中心今年4月份對石墨烯專利調研報告普林斯頓大學和沃貝克材料提交的18篇專利就是關于石墨烯功能涂層的。2012年刊登在NANO國際期刊上的文章就是在銅薄膜表面用化學氣相沉積法培育單層石墨烯,腐蝕速度比裸銅減慢7倍;鎳上面生長多層石墨烯薄膜,腐蝕比裸鎳慢20倍。這些發現說明,石墨烯是已知最薄防腐蝕涂層。

2012carbon雜志上發表文章利用化學氣相沉積技術,在800900攝氏度時使石墨烯緊密貼在銅上,并在鹽水中對其進行測試,其耐腐蝕性比未經處理的銅提高了近100倍。

布法羅大學研究人員采用氧化還原法制備的石墨烯復合材料制備成不同石墨烯含量的溶液后作為不銹鋼涂層,替代原先含有六價鉻(可能致癌物)的涂層,也是利用石墨烯材料的疏水性和導電性能,通過排斥水,延遲電化學反應,起到一定防腐效果,并且對環境友好,無污染。

國內哈爾濱工程大學魏彤教授課題組將聚苯胺與石墨烯復合,由于負載在石墨烯表面的聚苯胺也可以提供電化學防腐作用,二者的協同作用機制使得該涂料可以實現金屬基材的鈍化和緩蝕,同時避免了可以導致環境污染的鉻等重金屬的使用。

目前,國內外對應石墨烯在防腐涂料中的應用研究還處于起步階段,全球2010年發表石墨烯防腐類文章60篇,2011年發表文章100篇,2012年發表文章不到60篇,且以化學氣相沉積法制備石墨烯防腐材料為主。美國Angstron Material公司年產40/年的石墨烯的主要應用方向之一在涂料中。因此本項目研究開發以石墨烯為防腐添加劑的功能防腐涂料,不僅能夠填補國內外技術空白,同時對推動防腐涂料的發展具有重要的現實意義。