“神奇材料”石墨烯真是一個(gè)“多面嬌娃”，除了是目前已知的最堅(jiān)硬材料外，還是目前最纖薄的涂層，保護(hù)銅、鎳等金屬免受腐蝕。科學(xué)家最新發(fā)現(xiàn)，石墨烯涂層可能是理想的抗腐蝕涂層，在玻璃防護(hù)方面，也具有獨(dú)特的防護(hù)效力！

    玻璃兼具防腐和耐化學(xué)物質(zhì)特性，因而在包裝材料上應(yīng)用于化學(xué)物質(zhì)和藥品防護(hù)。但是，在高濕度和PH環(huán)境條件下，韓國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，某些質(zhì)地的玻璃會(huì)發(fā)生腐蝕，造成其透明性和強(qiáng)度降低。特別是在熱帶和潮濕環(huán)境條件下，傳統(tǒng)意義上這種最普通、最古老的硅酸鹽玻璃最容易被水腐蝕掉，這對于制藥、環(huán)境和光學(xué)工業(yè)，后果非常嚴(yán)重。

    韓國科學(xué)家介紹道，“雖然玻璃的形式有很多種，但是普通的玻璃成分主要是二氧化硅（SiO2）以及少量的氧化鈉（Na2O）添加劑。玻璃的腐蝕是從表面吸附水分開始的。水中的氫離子擴(kuò)散到玻璃中，與玻璃表面鈉離子發(fā)生離子交換，玻璃表面水分PH值升高，使得硅酸鹽結(jié)構(gòu)分裂”（圖一：水分腐蝕玻璃原理）。

    圖1 水分腐蝕玻璃原理

    科學(xué)家一直尋求在玻璃上形成保護(hù)涂層，保護(hù)其免受損傷。理想的玻璃涂層應(yīng)該是纖薄、透明，同時(shí)具有優(yōu)異的隔絕化學(xué)物質(zhì)的特性。石墨烯是化學(xué)惰性的，薄且具有高透光率，非常有望作為涂層材料得以應(yīng)用。更重要的是，歸因于其優(yōu)異的化學(xué)阻隔作用，它甚至可以隔絕氦原子的穿透。因此，石墨烯正被探索作為保護(hù)涂層在耐腐蝕、抗氧化、耐摩擦、抗菌和抗電磁輻射材料上加以應(yīng)用。

    日前，韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究所（IBS）多維碳材料中心（CMCM）研究人員開發(fā)了石墨烯涂層（圖二：石墨烯涂層制備及前后的變化），應(yīng)用于玻璃防護(hù)，解決了玻璃杯工業(yè)界的防腐難題。

    圖2  石墨烯涂層制備及前后的變化

    IBS科學(xué)家首先采用成熟的CVD法在銅基體上生長石墨烯，然后把一到兩個(gè)單原子厚度的石墨烯片層轉(zhuǎn)移到矩形玻璃兩層。通過涂層前后水分滲透性測試表征石墨烯涂層的有效性。在60℃、120天水分滲透性測試中，研究人員發(fā)現(xiàn)沒有涂層的玻璃表面粗糙度和缺陷增加迅速，強(qiáng)度也逐漸降低。相反，單層或雙層石墨烯涂層的玻璃杯在斷裂強(qiáng)度和表面粗糙度上居然沒有任何變化（圖三：玻璃涂層前后變化）。

    圖3  玻璃涂層前后變化

    “這項(xiàng)研究的目的是為了驗(yàn)證CVD法制備的石墨烯是否可以轉(zhuǎn)移到玻璃上，同時(shí)保護(hù)玻璃免受水分腐蝕。我們的研究結(jié)果表明即使單原子厚度的石墨烯也會(huì)發(fā)揮涂層保護(hù)作用，”CMCM主任，兼蔚山國家科學(xué)技術(shù)研究所（UNIST）教授Ruoff解釋道，“未來，當(dāng)大面積、高品質(zhì)石墨烯可以工業(yè)化制備后，通過優(yōu)化石墨烯轉(zhuǎn)移到玻璃上工藝，我們完全有理由相信石墨烯涂層在玻璃防護(hù)方面將會(huì)有大規(guī)模地應(yīng)用”。

    科學(xué)家們甚至表示，石墨烯涂層可能是最理想的抗腐蝕涂層，可以應(yīng)用于很多方面，尤其是需要纖薄涂層的領(lǐng)域，比如用來包裹連接設(shè)備和航空航天設(shè)備以及用于移植設(shè)備中的微電子元件等。

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責(zé)任編輯：王元

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