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石墨烯在防腐涂料中的应用

浏览次数:5382019/08/26  

腐蚀是导致金属材料失效的主要原因,也是目前亟待解决的全球性问题。据统计,全球每年因腐蚀报废的金属设备占其产量的30%,除去回收的部分外,还有10%不能再利用。巨大的资源浪费也一直敦促各国研究者,急需寻找有效的技术手段来实现金属的表面防护。


  目前,降低金属材料腐蚀损失的主要方法有选用耐蚀材料、电化学保护和涂层保护。其中,金属表面覆膜处理技术是最为经济、简单、使用最为广泛的防腐手段——通常采用某些材料(如特种金属、陶瓷、金属氧化物、非金属聚合物等)包裹金属,以避免其表面与空气、水或其它腐蚀环境直接接触,从而达到防腐蚀的目的。


  然而,上述包裹材料愈发不能满足日益复杂的工作环境。普通的表面涂层往往存在粗糙度大、涂层过厚等问题,不仅限制了其在精密场所的使用,也与防腐技术薄型化的发展方向背道而驰。石墨烯的出现,让广大研究人员看到了新的希望。


  石墨烯作为最薄的膜材料,可以像鳞片状云母粉、铝粉、玻璃薄片等作为填料应用于防腐涂料中。不同的是,石墨烯具有特殊的片层结构,对水、氧气和离子的扩散有很好的物理屏蔽作用,可以增加腐蚀介质在涂层中的渗透路程,从而达到金属材料防腐蚀的效果,这就是俗称的石墨烯“迷宫效应”,也是石墨烯的防腐机理。


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  图1石墨烯防腐涂料中“迷宫效应”示意图


  目前,石墨烯在金属防腐蚀、防污、导电及其他功能涂料领域中的应用已取得初步成果。其中,石墨烯在金属防腐蚀领域具有非常大的应用潜力,理由如下:


  首先,石墨烯稳定的sp2杂化结构使其能在金属与活性介质间形成物理阻隔层,阻止扩散渗透的进行。科学家在研究石墨烯制备微小密封“气球”时发现石墨烯能有效阻碍气体分子通过,即便是H原子也很难通过,基于纯石墨烯膜的防护涂层值得期待。


  其次,石墨烯具有很好的热稳定性和化学稳定性,不论是高温条件下(高达600℃),还是在具有腐蚀性的环境中,均能保持相对稳定。这一特性有利于开发出用于极端环境下的防护涂料。


   石墨烯较好的润滑性,能使得开发出应用于轴承部件的防护涂料成为可能;其本身的亲油疏水性,也有助于增强涂层在潮湿环境中的抗腐蚀性能。


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