石墨烯的技術(shù)難點與解決方案
一、主要技術(shù)難點
(1)石墨烯的分散性問題。石墨烯的制備技術(shù)不完善,缺陷較多,含有部分官能團,極性大,自身容易發(fā)生團聚,不能有效阻隔腐蝕介質(zhì);石墨烯與涂料組分的界面問題,石墨烯具有較強的疏水性,與很多制備涂料的基材的潤濕性差,在防腐涂料中很難分散均勻。

(2)石墨烯添加量的控制十分關(guān)鍵。少量的石墨烯可以優(yōu)化樹脂組裝結(jié)構(gòu),提高有序度,起到有效防腐作用;而過量石墨烯的加入會加速基體腐蝕。

石墨烯改性防腐涂料與普通環(huán)氧富鋅涂料斷面SEM對比
專家研究了石墨烯對樹脂組裝的作用,添加和未添加石墨烯的油性環(huán)氧樹脂涂層體系的斷面SEM照片如圖5所示,由于石墨烯對高分子有吸附作用,在添加石墨烯的樣品中能夠形成高分子包裹石墨烯的單元結(jié)構(gòu),這使得樹脂分子在組裝成高分子材料時更加有序,固化后的樹脂結(jié)構(gòu)也比未添加石墨烯的試樣更加緊密、缺陷更少。

石墨烯用量對涂膜耐鹽霧性的影響
研究表明,少量石墨烯的加入可以與鋅粉形成有效的微導(dǎo)電循環(huán)通路從而有效地保證鋅粉作為陽極起到保護作用,而過量石墨烯的加入會導(dǎo)致石墨烯自身之間形成微導(dǎo)電通路,使得外界腐蝕介質(zhì)與基體之間形成直接通路,這反而會加速基體腐蝕。
(3)石墨烯與金屬之間的電偶聯(lián)作用,石墨烯-金屬界面上的腐蝕會加速。
專家對銅和硅基石墨烯涂層的短期和長期性能進行了全面的研究,研究表明雖然石墨烯確實提供了有效的短期氧化保護,但在長時間尺度上,它促進了比最初裸露、未受保護的Cu表面更廣泛的腐蝕。

石墨烯涂層和裸銅腐蝕對比及銅表面腐蝕示意圖
美國西北大學(xué)黃嘉興等,在肯定石墨烯優(yōu)異阻隔性的同時,也從電化學(xué)電位角度強調(diào)其對大多數(shù)金屬是陰極性的,并能促進暴露的石墨烯-金屬界面的腐蝕。這可能加速危險的局部腐蝕,嚴(yán)重削弱涂層金屬。只要該涂層出現(xiàn)輕微裂紋或劃痕,會加速局部的電化學(xué)腐蝕,暴露區(qū)域的腐蝕速率大大加快,并降低金屬的強度和韌性等性能。他認(rèn)為可以插入絕緣材料(如聚合物)來切斷電流石墨烯與金屬之間的耦合。石墨烯-聚合物復(fù)合涂層更耐用,更容易涂敷,更耐刮擦。這種涂層應(yīng)該具有分散良好的石墨烯薄片,以確保對氣體或液體的整體滲透性較低。

石墨烯涂層和裸銅腐蝕對比及銅表面腐蝕示意圖
此外,還需考慮如何建立完善的評價方法,考察石墨烯的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用量及分散性能與涂料防護性能間的構(gòu)-效關(guān)系,明晰其作用機理等問題。
二、現(xiàn)行解決方案
針對現(xiàn)有技術(shù)難點,目前的解決方案有:
1、石墨烯質(zhì)量,減少缺陷,降低成本;
2、控制石墨烯含量,使之形成微電路而不是電耦合;
3、對石墨烯進行改性,改善石墨烯在防腐涂料中的分散性;
4、提高涂層強度、附著度,不輕易被劃傷破壞。
三、夢能服務(wù)與支持
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