腐蝕是金屬材料失效的主要形式，也是一個(gè)全球都普遍存在的問題。據(jù)估計(jì)，全球每年因腐蝕報(bào)廢的金屬設(shè)備占其產(chǎn)量的30%，除去回收的部分外，還有10%的鋼鐵一去不復(fù)返。尋找有效的技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)金屬表面防護(hù)成為各國(guó)研究者共同關(guān)注的目標(biāo)。
眾多學(xué)者致力于研究和開發(fā)腐蝕控制技術(shù)和措施，降低腐蝕損失的主要方法有開發(fā)和正確選用耐蝕材料、電化學(xué)保護(hù)和涂層保護(hù)。而金屬表面覆膜處理技術(shù)是最為經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、使用最為廣泛的防腐手段。這些技術(shù)往往是用某些材料（如特種金屬、陶瓷、金屬氧化物、非金屬聚合物等）包裹在金屬表面，以避免其表面與空氣、水或其它腐蝕環(huán)境直接接觸，從而達(dá)到防止腐蝕的目的。
這些包裹材料因?yàn)楦鞣N局限而難以滿足日益復(fù)雜的工作環(huán)境。普通的表面涂層往往存在粗糙度大、涂層過厚等因素而不適合精密場(chǎng)所的使用；同時(shí)聚合物材質(zhì)往往不耐高溫，并且可能影響涂覆基材的性質(zhì)。薄型化是防腐技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向，而石墨烯作為最薄的膜材料，為相關(guān)應(yīng)用帶來了新的可能。
1. 石墨烯防腐機(jī)理
圖1 石墨烯防腐涂料中“迷宮效應(yīng)”示意圖
石墨烯具有特殊的片層狀結(jié)構(gòu)，可以像鱗片狀云母粉、鋁粉、玻璃薄片等作為填料應(yīng)用于防腐涂料中，石墨烯的片層狀結(jié)構(gòu)，對(duì)水、氧氣和離子的擴(kuò)散有很好的物理屏蔽作用，可以增加腐蝕介質(zhì)在涂層中的滲透路程，從而達(dá)到對(duì)金屬材料的防腐蝕功能，這一過程被通俗的稱為石墨烯的“迷宮效應(yīng)”。目前，石墨烯在金屬防腐蝕、防污、導(dǎo)電以及其他功能涂料領(lǐng)域中的應(yīng)用已取得初步成果，石墨烯重防腐涂料產(chǎn)品成為石墨烯邁向應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。
2. 石墨烯防腐涂層展望
圖2石墨烯防腐涂層外觀圖
石墨烯在金屬材料的防腐領(lǐng)域也具有非常大的應(yīng)用潛力。首先，石墨烯穩(wěn)定的sp2雜化結(jié)構(gòu)使其能在金屬與活性介質(zhì)間形成物理阻隔層，阻止擴(kuò)散滲透的進(jìn)行?？茖W(xué)家在研究石墨烯制備微小密封“氣球”時(shí)發(fā)現(xiàn)石墨烯能有效阻礙氣體分子通過，即便是H原子也很難通過；基于純石墨烯膜的防護(hù)涂層值得期待。
其次，石墨烯具有很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，不論是在高溫條件下（可高達(dá) 600 ℃）還是在具有腐蝕性的環(huán)境中均能保持相對(duì)穩(wěn)定，可以開發(fā)出用于極端環(huán)境下的防護(hù)涂料。最后，石墨烯還具有比較優(yōu)秀的耐摩擦潤(rùn)滑性能，有可能開發(fā)出應(yīng)用于軸承部件的防護(hù)涂料；而且其本身具有的親油疏水性，也可以增強(qiáng)涂層在潮濕環(huán)境中的抗腐蝕性能。
聯(lián)系客服
