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江西理工大學《Corrosion Sci》：石墨烯讓防腐涂層變得更智能！

2020-12-07 09:45:22 作者：材料科學與工程來源：材料科學與工程分享至：

金屬材料的腐蝕問題廣泛地存在于工業、農業生產以及生活中，據統計全世界因腐蝕報廢的金屬約一億噸/年，占年產量的 20%~40%。同時，由于工業環境非常苛刻且具有較強的腐蝕性，金屬材料在長期服役過程中面臨嚴重的腐蝕問題，這將降低其使用過程中的安全性和服役壽命，對整個社會發展具有極大的負面效應，甚至造成巨大的經濟損失、人員傷亡、環境污染、資源浪費。

近日，江西理工大學的年輕教師葉育偉博士針對上述問題，結合石墨烯的抗滲透性及負載能力，設計出了一種兼具主動與被動防護的智能型防腐涂層，大幅提高了涂層在腐蝕環境下的適應能力及服役壽命。相關論文以題為“Corrosion protective mechanism of smart graphene-based self-healing coating on carbon steel”在Corrosion Science上發表。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108825

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石墨烯是一種二維納米材料，具有良好的力學性能、高的長徑比及優異的抗滲透性能，近年來在有機涂層腐蝕防護領域受到了廣泛關注。目前，利用石墨烯的物理阻隔性能來提高涂層被動防腐能力的研究已經取得初步進展，但涂層在服役過程中難免產生破損或內部缺陷，導致腐蝕性介質滲透，嚴重縮短了涂層的使用壽命。因此，涂層破損的自修復行為與機理是研究的熱點。石墨烯通過接枝某些功能基團可以實現涂層的自修復功能，主要表現為在涂層缺陷處所裸露的金屬表面形成致密的鈍化膜或吸附膜，從而起到對缺陷處金屬的腐蝕防護作用。

本文作者通過八氨基-POSS、多聚甲醛與氧化石墨烯（GO）之間的交聯反應，合成了具有多孔骨架結構的石墨烯基納米容器，然后將苯并三唑（BTA）緩蝕劑負載于多孔結構中，并分散至環氧涂層中形成智能防護涂層。通過氮氣吸附-解吸曲線及差示掃描量熱法分析發現，石墨烯基納米容器的孔徑約為10~80nm，BTA的負載量約為18.6%。在局部酸性或堿性環境的刺激下，石墨烯基納米容器所負載的BTA緩蝕劑會被釋放出來，在金屬表面形成吸附層，進而抑制腐蝕介質的滲透。此外，通過局部電化學阻抗技術分析涂層微區缺陷處的自修復行為發現，隨著浸泡時間的延長，智能防護涂層微區缺陷處的導納逐漸降低，腐蝕區域逐漸縮小，進一步證明了其優異的自修復性。

總的來說，作者在石墨烯優異的抗滲透性基礎上，通過設計多孔骨架結構，制備了石墨烯基納米容器。受益于納米容器多孔骨架結構，將緩蝕劑BTA負載于孔中，并分散至環氧涂層中，實現對腐蝕的主動與被動防護，為后續智能化防護涂層的研發提供了重要的參考。