摘要

    石墨烯是一種新型二維層狀結(jié)構(gòu)的碳材料，具有高長(zhǎng)徑比及優(yōu)異的疏水、導(dǎo)電、導(dǎo)熱和化學(xué)穩(wěn)定性能，使其在防腐涂料中具有廣泛的應(yīng)用前景。涂覆有機(jī)涂層具有施工簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、應(yīng)用范圍廣和防護(hù)性能好等其它防護(hù)措施無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，是一種減緩金屬腐蝕有效、經(jīng)濟(jì)的手段。有機(jī)涂層中添加一定量的功能顏填料，可明顯增加涂層的致密性或拉伸強(qiáng)度，進(jìn)而提高涂層對(duì)基底金屬的防護(hù)性能。綜述了石墨烯涂層和石墨烯復(fù)合涂層對(duì)金屬防護(hù)性能的研究進(jìn)展，重點(diǎn)探討兩種涂層體系的防護(hù)機(jī)理和失效衍化機(jī)制，總結(jié)分析石墨烯分散性能和石墨烯基涂層制備技術(shù)與其防護(hù)性能的構(gòu)效關(guān)系，并指出石墨烯作為高性能防護(hù)材料仍需解決的問題及未來(lái)研究方向。

    1 前言

    近年來(lái)，因石墨烯具有高長(zhǎng)徑比、優(yōu)異的疏水、導(dǎo)電、導(dǎo)熱和化學(xué)穩(wěn)定性能，以及作為碳質(zhì)固體材料（ 一維碳納米管、零維富勒烯C60、三維石墨） 的基本結(jié)構(gòu)單元，石墨烯的防腐性能及石墨烯基復(fù)合涂層材料的發(fā)展成為金屬防護(hù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文以石墨烯涂層和石墨烯基復(fù)合涂層材料為研究對(duì)象，從石墨烯基涂層的制備技術(shù)入手，系統(tǒng)介紹石墨烯涂層的防護(hù)機(jī)理和失效衍化機(jī)制，詳細(xì)闡述石墨烯涂層的制備，石墨烯分散特性，以及石墨烯作為防腐材料強(qiáng)化相的耐蝕機(jī)制，提出了石墨烯作為防腐材料仍需解決的關(guān)鍵問題，并展望了石墨烯作為防腐材料的發(fā)展趨勢(shì)。

    2 石墨烯涂層的防護(hù)性能

    石墨烯是sp2軌道雜化的碳原子按正六邊形緊密排列成蜂窩狀晶格的單層二維平面結(jié)構(gòu)。這種緊密排列的二維結(jié)構(gòu)使石墨烯具有較高的熱力學(xué)穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，并且在200 ℃ 熱空氣中可以有效保護(hù)金屬。Kirkland采用電化學(xué)沉積法（ CVD） 分別在銅片和鎳片基底上生長(zhǎng)石墨烯薄膜涂層，并在0. 1 mol /L NaCl 溶液中考察石墨烯涂層對(duì)銅片和鎳片耐蝕性能的影響。發(fā)現(xiàn)技術(shù)基底表面沉積石墨烯涂層后，鎳的自腐蝕電位上升，腐蝕電流密度下降，表現(xiàn)為陽(yáng)極極化作用； 而銅的自腐蝕電位下降，腐蝕電流密度下降，表現(xiàn)為陰極極化作用。石墨烯對(duì)鎳和銅的防護(hù)機(jī)理不同，除與金屬基體的導(dǎo)電率有關(guān)，還與石墨烯表面生長(zhǎng)的方向性，表面缺陷、溶解率、涂層厚度相關(guān)。Prasai詳細(xì)研究了石墨烯層數(shù)對(duì)金屬基體防護(hù)效果的影響，通過浸泡在0. 1 mol /L Na2SO4溶液中極化曲線測(cè)試結(jié)果的對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)與純Cu電極相比，石墨烯/Cu 電極體系的腐蝕電位正移，腐蝕電流密度下降，石墨烯/Cu 的腐蝕速率比純銅減小約7 倍； 而石墨烯/Ni 電極體系的腐蝕速率比Ni 電極減小約20 倍；鎳表面生長(zhǎng)的石墨烯涂層，單層石墨烯對(duì)鎳的防腐蝕效果不明顯，而2 層或4 層石墨烯對(duì)鎳有較好的防腐蝕效果，層數(shù)越多防腐蝕效果越好。另外，Prasai 還發(fā)現(xiàn)在銅片和鎳片原位生長(zhǎng)的石墨烯比轉(zhuǎn)移石墨烯有更好的耐蝕性能，主要是由于石墨烯作為障礙物阻礙金屬的氧化或腐蝕。

    Zhou 等研究石墨烯/Cu 的長(zhǎng)期抗腐蝕作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)6 個(gè)月后含有石墨烯涂層的銅片比裸銅的耐蝕性能更差，也就是說(shuō)，在腐蝕后期，石墨烯涂層可能還會(huì)加速被保護(hù)金屬基底的腐蝕。Maido也發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象，浸潤(rùn)實(shí)驗(yàn)的初始階段，表面覆蓋石墨烯涂層的銅片比裸銅表現(xiàn)出更好的防護(hù)效果，但是65 h 后，腐蝕介質(zhì)已滲透石墨烯涂層與金屬基底直接接觸，并誘發(fā)石墨烯層從銅基底

    上剝落，此時(shí)存在石墨烯缺陷的區(qū)域?yàn)樾￡?yáng)極，石墨烯涂層為大陰極，直接加速銅基底的電化學(xué)腐蝕過程。

    CVD 法在金屬基底上生長(zhǎng)石墨烯涂層時(shí)往往會(huì)存在一些缺陷，特別是兩個(gè)石墨烯片的邊界處，涂層缺陷會(huì)導(dǎo)致金屬基底發(fā)生局部電偶腐蝕，缺陷處金屬為腐蝕電池陽(yáng)極，石墨烯涂層為陰極，這種小陽(yáng)極－ 大陰極體系會(huì)直接加快基底金屬腐蝕。為了密封CVD 法生長(zhǎng)石墨烯涂層的缺陷，Hsieh利用原子層沉積技術(shù)解決石墨烯涂層結(jié)構(gòu)缺陷，并起到了較好防護(hù)作用。Merisalu在石墨烯涂層上繼續(xù)沉積聚吡咯薄膜，并在紫外光輻照下對(duì)比石墨烯涂層和聚吡咯密封石墨烯涂層在NaCl 溶液中對(duì)銅基底的防護(hù)性能，發(fā)現(xiàn)浸泡65 h 后，石墨烯涂層與銅基底剝離，而聚吡咯密封石墨烯涂層顯示出優(yōu)異防護(hù)效果，具有氧化能力的聚吡咯不僅可以修復(fù)石墨烯涂層，還可以鈍化缺陷處的銅基底。

    3 石墨烯復(fù)合涂層的防護(hù)性能

    3. 1 石墨烯復(fù)合環(huán)氧涂層

    環(huán)氧樹脂是以脂環(huán)族或芳香族為主鏈并含有2 個(gè)或以上環(huán)氧基團(tuán)，通過環(huán)氧基與固化劑（ 主要包括脂肪胺、聚酰胺和腰果酚等） 反應(yīng)形成的高分子低聚體。其中雙酚A 型環(huán)氧樹脂（ 分子結(jié)構(gòu)如圖1） 和聚酰胺類固化劑因其生產(chǎn)成本低、產(chǎn)量大、綜合性能優(yōu)越而在金屬防腐領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。環(huán)氧樹脂固化后對(duì)金屬基體的附著力好，耐化學(xué)品性和耐油性優(yōu)異，收縮率低，在海洋重防腐涂層中，約90%的底漆和中間漆優(yōu)先選用環(huán)氧樹脂基體。但環(huán)氧樹脂的缺點(diǎn)是其交聯(lián)固化密度高，硬度大，柔韌性不足，由于分子結(jié)構(gòu)中含有苯核，樹脂固化物耐候性差，特別是不耐紫外光照射。環(huán)氧樹脂涂層不耐高溫，在高溫下機(jī)械強(qiáng)度較低，同時(shí)在固化成膜過程中容易形成微孔而降低環(huán)氧涂層的致密性。因此，需要對(duì)環(huán)氧涂層進(jìn)行功能化改性以期提高其綜合防護(hù)性能。

    常州第六元素研究院報(bào)道，石墨烯納米片可以明顯提高環(huán)氧樹脂涂層的耐鹽霧性能，在含20wt% Zn 粉環(huán)氧涂層中，僅添加1 wt% 石墨烯就可將其耐鹽霧性能從48 h 提高到2500 h，說(shuō)明石墨烯可極大提高環(huán)氧樹脂的防腐性能，并有望作為新型腐蝕抑制劑降低傳統(tǒng)環(huán)氧富鋅底漆（ 鋅粉固含量約80 wt%） 中的鋅含量，提高樹脂的粘結(jié)力和致密度。黃坤對(duì)比研究石墨烯環(huán)氧涂層、炭黑環(huán)氧涂層、富鋅環(huán)氧涂層和玻璃鱗片環(huán)氧涂層的導(dǎo)電與防腐性能。發(fā)現(xiàn)石墨烯在環(huán)氧樹脂中含量為0. 5～1. 5%時(shí)，石墨烯環(huán)氧涂層不僅耐鹽霧性能好，還顯示出優(yōu)異的耐酸（ 10% HCl 溶液）、耐堿（ 10% NaOH 溶液） 和耐鹽（ 10%NaCl 溶液） 性能，而富鋅環(huán)氧涂層和玻璃鱗片環(huán)氧涂層在鹽酸溶液中出現(xiàn)鼓泡，炭黑環(huán)氧涂層在酸堿鹽溶液中都出現(xiàn)涂層隆起現(xiàn)象。當(dāng)石墨烯含量較少（ 0. 5%） 時(shí)，石墨烯環(huán)氧涂層的導(dǎo)電性不好，其方塊電阻率＞ 109 Ω·m，當(dāng)石墨烯含量為1. 0% 時(shí)，其方塊電阻率為1. 5～2. 0 × 106Ω·m，并且涂層中石墨烯添加量為1. 0%時(shí)，附著力更佳。

    本課題組在環(huán)氧涂層的改性、石墨烯的高效分散和石墨烯復(fù)合環(huán)氧涂層的耐蝕性能評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究工作，先從石墨烯高效物理分散入手，在水溶液和有機(jī)溶液體系中獲得穩(wěn)定的石墨烯分散液，其最大分散濃度可達(dá)5 mg /mL; 然后分別制備水性和油性兩種石墨烯環(huán)氧涂層體系，在模擬海水中評(píng)價(jià)石墨烯含量和分散狀況與復(fù)合涂層防護(hù)性能的構(gòu)效關(guān)系，并對(duì)復(fù)合涂層的耐鹽霧性能、耐酸、耐堿和耐候性進(jìn)行對(duì)比分析。在水性環(huán)氧涂層體系中，添加0. 5% 的石墨烯就可以顯著提高涂層的防護(hù)性能。將制備的石墨烯復(fù)合水性環(huán)氧涂層在模擬海水腐蝕環(huán)境中進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，通過擬合浸泡初期交流阻抗譜中涂層電容變化，計(jì)算得出水分子在純環(huán)氧涂層和0. 5%G － 環(huán)氧涂層上的Fick 擴(kuò)散系數(shù)分別為5. 56 × 10－9 cm2 /s 和1. 61 × 10－11 cm2 /s，說(shuō)明石墨烯可以顯著降低水分子在復(fù)合涂層中的擴(kuò)散速率。環(huán)氧涂層和0. 5wt%G － 環(huán)氧涂層在鹽霧實(shí)驗(yàn)30 天后的形貌照片如圖2，純環(huán)氧涂層表面出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象，而添加石墨烯后復(fù)合涂層沒有出現(xiàn)明顯腐蝕破壞現(xiàn)象。同時(shí)，本課題組采用UMT－3 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行石墨烯復(fù)合水性環(huán)氧涂層的耐磨損性能研究，選擇316L 不銹鋼鋼球?yàn)槟Σ粮辈牧希赡Σ凛d荷為5 N，海水環(huán)境中摩擦載荷為10 N，頻率為5 Hz，時(shí)間為12 min，磨痕長(zhǎng)度為5 mm。實(shí)驗(yàn)測(cè)得純環(huán)氧、0. 25% G－環(huán)氧和0. 5% G－ 環(huán)氧在干摩擦下的摩擦系數(shù)分別為0. 49、0. 45 和0. 42，而在海水環(huán)境下的摩擦系數(shù)分別為0. 12、0. 08 和0. 06（ 如圖3） ，說(shuō)明石墨烯可以有效降低環(huán)氧涂層的摩擦系數(shù)，原因是石墨烯層間具有較低的剪切力和低摩擦系數(shù)，容易轉(zhuǎn)移到環(huán)氧涂層對(duì)偶表面形成轉(zhuǎn)移膜，直接提高石墨烯環(huán)氧涂層的摩擦磨損性能。

    對(duì)于油性環(huán)氧樹脂，石墨烯可以提高復(fù)合涂層對(duì)金屬基底的防護(hù)能力，但石墨烯的分散狀態(tài)和含量直接影響復(fù)合涂層的服役壽命。圖4 是不同石墨烯環(huán)氧涂層體系在NaCl 溶液中浸泡后的交流阻抗譜圖。對(duì)于純環(huán)氧涂層（ 如圖4a） ，浸泡4 天后在Bode 圖中低頻區(qū)出現(xiàn)新的時(shí)間常數(shù)，浸泡12 天后，其低頻| Z | 0. 01Hz為3. 16 ×107 Ω cm2 ; 相比于純環(huán)氧體系，添加分散劑后涂層體系（ 如圖4b） 低頻模值在浸泡12 天后明顯增大，說(shuō)明分散劑有助于提高涂層的防護(hù)效果。圖4c 是未經(jīng)分散石墨烯粉體直接加到環(huán)氧涂層中的阻抗譜圖，Bode 圖中浸泡2天后就出現(xiàn)2 個(gè)時(shí)間常數(shù)，說(shuō)明腐蝕介質(zhì)已經(jīng)濕透過涂層與碳鋼基底接觸，主要是因?yàn)槲唇?jīng)分散的石墨烯粉體在涂層中極易團(tuán)聚，團(tuán)聚后的石墨烯容易形成水汽通道，導(dǎo)致涂層的致密性大大降低。圖4d 是分散后的石墨烯復(fù)合環(huán)氧涂層體系阻抗譜圖，在3. 5% NaCl 溶液中浸泡28天后，涂層任然呈單容抗弧特征，說(shuō)明了石墨烯復(fù)合環(huán)氧涂層優(yōu)異的物理阻隔性能； 浸泡35 天后復(fù)合涂層| Z | 0. 01Hz高達(dá)3. 98 × 108 Ω cm2，說(shuō)明分散后的石墨烯環(huán)氧涂層有望作為中間漆，服務(wù)于海洋重防腐涂層體系中。柯強(qiáng)采用Hummer 法制備氧化石墨烯/聚吡咯（ GO/PPy） 的混合液，然后用NaBH4還原，制得還原氧化石墨烯/聚吡咯（ Ｒ－GO/PPy） 復(fù)合材料，將Ｒ－GO/PPy 添加到環(huán)氧涂層中發(fā)現(xiàn)，復(fù)合涂層的強(qiáng)度和硬度都隨著Ｒ－GO/PPy 含量的增加，呈先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)環(huán)氧涂層中添加1. 0wt%Ｒ－ GO/PPy 時(shí)，Ｒ－ GO/PPy －環(huán)氧樹脂涂層沖擊強(qiáng)度為7. 79 kJ/m2，較純環(huán)氧樹脂涂層（ 2. 17 kJ /m2 ）提高267%。極化曲線和交流阻抗譜測(cè)試表明，Ｒ－GO/PPy 在環(huán)氧涂層中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9. 10% 時(shí)，復(fù)合涂層的防護(hù)性能最佳，其在3. 0% NaCl 溶液中浸泡72 h 后的自腐蝕電流密度為2. 916 × 10－8 A/cm－2，比純環(huán)氧涂層的腐蝕速率（ 3. 117 × 10－ 6 A/cm－2 ） 減小約100 倍。石墨烯不僅可以提高環(huán)氧涂層的防腐能力，還能提高其疏水性能，臺(tái)灣學(xué)者Chang采用納米澆鑄法制備疏水石墨烯復(fù)合環(huán)氧樹脂涂層，發(fā)現(xiàn)石墨烯可將水滴在環(huán)氧樹脂界面上的接觸角從82° 提高到127°，其優(yōu)異的超疏水性能可以有效阻隔水分子及腐蝕介質(zhì)向涂層內(nèi)部擴(kuò)散，提高涂層對(duì)金屬基底的防護(hù)效果。與同樣方法制備的粘土/環(huán)氧樹脂涂層相比，分散良好的石墨烯/環(huán)氧涂層的防護(hù)效果更加優(yōu)異； 同時(shí)石墨烯可以使金屬表面形成一層氧化膜并起到鈍化作用。吉林大學(xué)劉燕采用旋涂法在鋁合金表面制備石墨烯薄膜涂層，發(fā)現(xiàn)該石墨烯涂層擁有優(yōu)異的機(jī)械耐磨性和耐蝕性能，同時(shí)涂層表面水的接觸角高達(dá)153. 7°。上述研究表明石墨烯具有特殊的二維層狀結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的導(dǎo)電性能和疏水性能，因此非常適合作為環(huán)氧涂層添加劑，提高環(huán)氧樹脂的綜合防護(hù)性能，尤其在海洋重防腐實(shí)踐中，石墨烯有望作為中間漆提高涂層體系的耐沖蝕性能。 目前，多數(shù)腐蝕防護(hù)工作者通過分散劑或共價(jià)改性技術(shù)來(lái)提高石墨烯的分散性能，但在提高石墨烯粉體分散性的同時(shí)，石墨烯優(yōu)異的本征性能可能會(huì)發(fā)生改變，還需保持石墨烯固有二維層狀結(jié)構(gòu)和摩擦學(xué)性能，這方面工作仍需進(jìn)一步深入研究。而石墨烯在物理分散技術(shù)作用下的長(zhǎng)期儲(chǔ)存需要解決，另外，由于每種環(huán)氧樹脂（ 如E51、E44 或者E20） 的粘度不同，固化反應(yīng)溫度不一，涂層的服役環(huán)境各異，因此需要系統(tǒng)廣泛地研究不同石墨烯在各種環(huán)氧涂層體系中的綜合防護(hù)性能。

    3. 2 石墨烯聚氨酯涂層

    聚氨酯是多異氰酸酯和多元醇加聚反應(yīng)生成的高聚物，由于聚合物中含有酰胺基和酯基基團(tuán)，分子間容易形成氫鍵，與基材附著力良好，是一種高強(qiáng)度、抗撕裂和耐磨性的高分子防腐涂料。聚氨酯涂層粘度低，流平性好，耐候性佳，經(jīng)日照或紫外線照射不變黃、不變硬，并且在長(zhǎng)期使用中不變硬、不斷裂、無(wú)收縮翹起，非常適用于面漆和金屬防腐漆。在不同的腐蝕環(huán)境下，根據(jù)基材的防腐要求可選用不同結(jié)構(gòu)的異氰酸醋和醇類化合物作為原料單體以改變長(zhǎng)鏈的結(jié)構(gòu)，利用不同的聚合條件來(lái)調(diào)節(jié)分子量的大小與分布、嵌段鏈的長(zhǎng)度與分布及交聯(lián)密度等因素，形成不同剛性的聚氨酯涂料。具有二維層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯納米片可提高聚氨酯涂層的綜合防護(hù)性能。如采用水合肼還原異氰酸酯改性氧化石墨烯，將還原后的石墨烯可均勻分散到水性聚氨酯基體中，使聚氨酯涂層的疏水性能和熱穩(wěn)定性顯著提高，僅添加1wt%石墨烯可將水性聚氨酯的表面電阻從1. 45 ×1011 Ω·m 降低到8. 53 × 107 Ω·m，聚氨酯涂層表面接觸角從80°提高到92. 1°。同時(shí)，石墨烯在聚氨酯涂層中能夠有效延遲氣體和降解產(chǎn)物的揮發(fā)性，進(jìn)而阻礙外界熱量對(duì)聚氨酯內(nèi)部的滲入，使聚氨酯的碳化溫度從375 ℃提高到410 ℃，熱分解溫度從275. 1 ℃提高到308. 1 ℃。Wang以3 － 氨丙基三乙氧基硅烷為偶聯(lián)劑，通過偶聯(lián)劑與石墨烯共軛作用，采用溶膠凝膠法制備石墨烯納米片復(fù)合聚氨酯涂層，發(fā)現(xiàn)石墨烯在聚氨酯涂層中均勻分散并與聚氨酯分子間的相互作用，添加2wt%石墨烯就可將聚氨酯涂層拉伸強(qiáng)度提高71%，楊氏模量提高86%。而采用原位聚合法制備的石墨烯復(fù)合聚氨酯涂層，添加相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)石墨烯（ 2wt%） ，可將純聚氨酯的楊氏模量提高10 倍，并且聚氨酯的機(jī)械性能和熱收縮性能也得到顯著改善。Vilani成功發(fā)明一種制備單層石墨烯、雙層或者多層石墨烯復(fù)合聚氨酯涂層的方法，他首先采用甲烷或者乙醇為碳前驅(qū)體，利用電化學(xué)沉積技術(shù)在銅基底上生長(zhǎng)石墨烯，然后將四氫呋喃和聚氨酯的混合液直接浸沒石墨烯，隨著四氫呋喃的揮發(fā)，石墨烯在聚氨酯中均勻分散，得到的復(fù)合涂層在金屬防腐上具有一定應(yīng)用前景。已有報(bào)道指出，在水性聚氨酯涂層中由聚乙烯醇分散的氧化石墨烯比同等質(zhì)量的炭黑相比，僅添加0. 3% 的氧化石墨烯可以明顯改善聚氨酯涂層的抗沉降性能、疏水性能和耐腐蝕性能。

    3. 3 石墨烯復(fù)合其他涂層

    臺(tái)灣學(xué)者Chang在多聚磷酸溶液中采用4－氨基苯甲酸酐為石墨烯分散劑，對(duì)比研究石墨烯與粘土復(fù)合聚苯胺涂層對(duì)金屬的防護(hù)性能。發(fā)現(xiàn)高長(zhǎng)徑比的石墨烯（ 單層石墨烯或者多層石墨烯） 復(fù)合涂層具有良好的阻隔水分子和溶解氧特性，層狀石墨烯延長(zhǎng)水分子和氧氣在復(fù)合涂層中的擴(kuò)散滲透路徑（ 如圖5） ，石墨烯也是優(yōu)良電子傳導(dǎo)體，有效提高聚苯胺涂層導(dǎo)電性，擴(kuò)展涂層在電子器械、石油管道等防靜電領(lǐng)域的應(yīng)用。Li將氧化石墨烯和聚（ 偏氟乙烯） 粉末混合，在200 ℃高溫下擠壓下，氧化石墨烯還原為石墨烯，并在高分子聚（ 偏氟乙烯） 中形成二維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，石墨烯使復(fù)合涂層具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和低的滲流閾值。Lee采用自旋自組裝法將氧化石墨烯高度有序插入到聚丙烯薄膜中，并對(duì)比不同涂覆方式對(duì)石墨烯在薄膜中分布的影響，發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯在聚合物中的分布排列與涂層致密度和氧氣阻隔性能密切相關(guān)，層狀分布的氧化石墨烯可將氧氣在涂層中的擴(kuò)散路徑延長(zhǎng)。

    基于以上研究報(bào)道，石墨烯在樹脂基體材料中的分散性，以及與樹脂基體材料間的界面結(jié)合強(qiáng)度和樹脂涂層涂覆方式是影響石墨烯復(fù)合涂層防腐性能的關(guān)鍵因素。針對(duì)不同的高分子樹脂，合理地選擇石墨烯分散劑，從而進(jìn)一步提高石墨烯在聚合物中的分散性和界面結(jié)合強(qiáng)度，這一點(diǎn)仍需廣泛研究。目前，石墨烯增強(qiáng)無(wú)機(jī)涂料，尤其陶瓷材料的研究非常少，僅有的研究工作顯示石墨烯對(duì)無(wú)機(jī)耐高溫涂料的導(dǎo)熱性有所提升。因此，需要更深入地探索石墨烯的尺度、類型和表面化學(xué)狀態(tài)對(duì)各種無(wú)機(jī)涂料綜合性能的影響。

    4 結(jié)語(yǔ)

    石墨烯是一種新型的單層片狀結(jié)構(gòu)的碳納米材料，具有完美的二維納米層狀結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的疏水性能和導(dǎo)電性能，并且是碳質(zhì)固體材料的基本結(jié)構(gòu)單元。雖然石墨烯基涂層的防護(hù)性能受多種因素影響，尤其石墨烯的分散狀態(tài)和層數(shù)，甚至部分腐蝕學(xué)者指出石墨烯涂層可以將金屬電子迅速轉(zhuǎn)移至涂層表面而加速金屬腐蝕，但致密的石墨烯涂層在腐蝕初期顯現(xiàn)出優(yōu)異的防護(hù)效果。對(duì)于石墨烯復(fù)合樹脂涂層，均勻分散的石墨烯不僅擁有優(yōu)異的疏水特性和阻隔性能，還擁有較好的電荷轉(zhuǎn)移特性，可作為防靜電涂層服役到油罐和輸油管道的工程實(shí)踐中。同時(shí)，石墨烯復(fù)合涂層在沖刷腐蝕的摩擦界面上可形成具有自潤(rùn)滑的連續(xù)轉(zhuǎn)移膜，減小摩擦系數(shù)并提升基體樹脂材料的耐磨性能。為了進(jìn)一步深入了解石墨烯的防腐機(jī)制，并提高石墨烯作為納米二維填料的防腐蝕效果，需要在以下幾個(gè)方面開展深入研究工作：

    （ 1） 石墨烯基多層自組裝體系在各種金屬基底表面的可控構(gòu)筑研究；

    （ 2） 石墨烯高效分散技術(shù)研究，包括非共價(jià)功能化、化學(xué)接枝改性和原位還原技術(shù)研究，在不改變石墨烯固有本征性能的同時(shí)，提高石墨烯在各種溶劑和樹脂材料中的分散性能；

    （ 3） 深入開展石墨烯分散性能與石墨烯復(fù)合涂層的防護(hù)機(jī)制研究，可通過絲束電極、微電極等微區(qū)測(cè)試技術(shù)，探究金屬在石墨烯涂層防護(hù)下的電流和電位分布，并通過人工加速實(shí)驗(yàn)，弄清石墨烯基涂層的失效衍化機(jī)制；

    （ 4） 石墨烯與有機(jī)樹脂涂層間的腐蝕電化學(xué)機(jī)理研究，更深入地了解石墨烯在腐蝕反應(yīng)過程中的物理和化學(xué)變化；

    （ 5） 石墨烯增強(qiáng)樹脂涂層在極端苛刻以及特殊環(huán)境下的防護(hù)性能的研究，如高溫環(huán)境、空間環(huán)境和生物液體環(huán)境等。

    文 | 劉栓1，王春婷1，程慶利2，趙霞1，趙文杰1，趙海超1，郭小平3，陳建敏1

    （ 1. 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所中國(guó)科學(xué)院海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、浙江省海洋材料與防護(hù)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江寧波315201）

    （ 2.中國(guó)石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東青島266700）

    （ 3. 蕪湖春風(fēng)新材料有限公司，安徽蕪湖241000）

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責(zé)任編輯：王元

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