對(duì)石墨烯的結(jié)構(gòu)、性能以及常用的制備方法予以介紹,總結(jié)了石墨烯防腐涂料的制備方法和影響因素,同時(shí)對(duì)石墨烯防腐涂料的防腐機(jī)理加以概述,提出了石墨烯防腐涂料未來(lái)發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。 

【文章來(lái)源】：礦產(chǎn)保護(hù)與利用. 2020,40(03)

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

石墨烯的結(jié)構(gòu)和形貌:(a)石墨烯的起伏;(b)鋸齒型邊緣GNR和扶手椅型邊緣GNR [10]

(3)化學(xué)氣相沉積法:在高溫下,將碳?xì)浠衔锶缂淄榈韧ㄈ胧⒐苤械腃u、Ni、Pt及合金等[37-39]襯底表面,反應(yīng)一定時(shí)間后自然冷卻,采用濕法腐蝕等方法將石墨烯轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底上即可。此種方法可以得到大面積、高質(zhì)量的石墨烯,但是工藝復(fù)雜、成本高,襯底的表面結(jié)構(gòu)、石墨烯的生長(zhǎng)溫度、載流氣體的流量、冷卻速率等均會(huì)影響石墨烯的晶體質(zhì)量[40-43]。(4)電化學(xué)剝離法:碳棒作為陽(yáng)極,鉑電極作為陰極,在一定濃度的硫酸銨電解質(zhì)溶液中,施加直流電壓。陰極的水發(fā)生還原反應(yīng),產(chǎn)生的羥基離子作用于石墨的邊緣位點(diǎn)和晶界邊緣,晶界的氧化導(dǎo)致石墨層去極化和膨脹,從而促進(jìn)SO42-以及H2O嵌入石墨層間,水分子在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生氧氣,從而克服石墨層間作用力,發(fā)生膨脹,逐漸剝離,剝離過(guò)程如圖2所示,電解施加電壓、電解時(shí)間、電解質(zhì)溶液、pH等都會(huì)影響電化學(xué)剝離的效果[44-45]。

(1)利用沉積工藝(化學(xué)氣相沉積法(CVD)、電化學(xué)沉積(EPD)等)將石墨烯或石墨烯的衍生物沉積在金屬表面,形成致密的石墨烯薄膜。I. Wlasny等 [46] 通過(guò)CVD在銅表面制備出石墨烯薄膜,XPS測(cè)試驗(yàn)證了石墨烯對(duì)銅的保護(hù)作用,通過(guò)掃描隧道電子顯微鏡可以觀測(cè)到在石墨烯薄膜覆蓋層下邊的納米級(jí)的局部腐蝕。Feng Yu等[47]采用CVD制備出一種鋁合金(AA)的聚乙烯醇縮丁醛聚合物(PVB)-石墨烯(G)復(fù)合防腐涂層,兩層由CVD制出的石墨烯夾在三層PVB涂層之間形成的復(fù)合涂層(AA-P-G-P-G-P),制備流程如圖3所示,在模擬海水中有效期長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月,而參照樣一層石墨烯夾在兩層PVB涂層之間形成的復(fù)合涂層(AA-P-G-P)的有效期只有1個(gè)月。S.Liu等[48]采用吡咯和石墨烯溶液通過(guò)循環(huán)伏安法直接在304不銹鋼上電沉積聚吡咯/石墨烯復(fù)合涂層,電化學(xué)測(cè)試以及酸浸測(cè)試表明,與單一的聚吡咯涂層相比,聚吡咯/石墨烯復(fù)合涂層增強(qiáng)了化學(xué)穩(wěn)定性,具有更加優(yōu)異的防腐蝕性能,同時(shí)增強(qiáng)了聚吡咯的導(dǎo)電性。Jun Chen等[49]采用雙池隔膜電解池將氧化石墨烯懸浮液沉積陽(yáng)極銅電極上,荷負(fù)電的氧化石墨烯片經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化處理制得氧化石墨烯薄膜,采用化學(xué)還原法制得石墨烯薄膜,相對(duì)于裸銅,還原后的石墨烯薄膜的防腐效率為98%,而未經(jīng)還原的氧化石墨烯薄膜的防護(hù)效率為60%。J.A.Quezada-Renteria等 [50]通過(guò)向氧化石墨烯的懸浮液中添加一定濃度的Ca2+以實(shí)現(xiàn)由EPD技術(shù)制備出陰極還原的石墨烯薄膜。Ca2+與氧化石墨烯sp2結(jié)構(gòu)域的羧酸和π電子相互作用,形成帶正電的氧化石墨烯團(tuán)聚體,實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯在陰極上的沉積,同時(shí)也有人提出氫化/氫解反應(yīng)為氧化石墨烯的還原提供了質(zhì)子輔助作用,促使氧化石墨烯發(fā)生氧化還原反應(yīng)沉積在陰極形成薄膜[51],該薄膜可將碳鋼的腐蝕速率降低3倍左右。Mohsin Ali Raza等[52]比較了通過(guò)EPD和CVD技術(shù)制得的銅金屬(Cu)的石墨烯防腐涂層的電化學(xué)性能。結(jié)果表明,基于CVD制備的石墨烯涂層對(duì)基材的粘附力高于EPD制備的涂層。采用Tafel分析和電化學(xué)阻抗譜技術(shù)在濃度為3.5%的NaCl溶液中研究了涂層的電化學(xué)行為,基于CVD制備的石墨烯涂層比EPD制備得到的涂層表現(xiàn)更好,并且腐蝕速率比裸銅降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。石墨烯涂層的電化學(xué)行為的對(duì)比研究清楚地表明,通過(guò)CVD的石墨烯涂層優(yōu)于EPD的涂層。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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