石墨烯在金属防腐蚀领域中的应用
栏目:专题报道 发布时间:2022-11-07 00:08
本文摘要:机械剥离法的应用原理是通过物理作用力克服石墨分子层间的范德华力进而分散石墨片获得石墨烯。2004 年Novoselov 等使用机械剥离法用胶带重复剥离石墨片直至获得仅一个原子厚度的石墨单片即为石墨烯。此外用石墨重复摩擦另一个固体外貌从而获得附着于该固体外貌上的石墨烯层。 早期对石墨烯片层的研究是通过扫描隧道显微镜或原子力显微镜的针尖与石墨相互作用而获得石墨烯的结构。通过机械玻璃法合成的石墨烯分子缺陷少但制备时间久、产率低下不适于大规模生产。

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机械剥离法的应用原理是通过物理作用力克服石墨分子层间的范德华力进而分散石墨片获得石墨烯。2004 年Novoselov 等使用机械剥离法用胶带重复剥离石墨片直至获得仅一个原子厚度的石墨单片即为石墨烯。此外用石墨重复摩擦另一个固体外貌从而获得附着于该固体外貌上的石墨烯层。

早期对石墨烯片层的研究是通过扫描隧道显微镜或原子力显微镜的针尖与石墨相互作用而获得石墨烯的结构。通过机械玻璃法合成的石墨烯分子缺陷少但制备时间久、产率低下不适于大规模生产。

1)对于石墨烯而言金属外貌涂覆涂层后石墨烯的二维片层结构在涂料中层层叠加形成了致密的物理阻遏层。

小分子腐蚀介质很难通过致密的阻遏层石墨烯作为良好的屏蔽剂将金属基体与周围情况相对举行阻遏。此外石墨烯的外貌效应使得石墨烯与水的接触角很大水分子很难在石墨烯外貌铺展从而起到防水作用。

金属质料的腐蚀不仅给社会带来了庞大的经济损失而且给工业生产、运输及家居生活带来了宁静隐患。为解决这一问题常在金属外貌涂覆防腐涂料这种方法便于施工和维护且成本低。

其原理是使用涂料固化成膜后阻遏氧气、水分子等腐蚀介质到达掩护基材的作用。石墨烯是碳原子以sp2 轨道杂化形成的二维网状碳质料其中每个碳原子与其相邻的3 个碳原子形成C-C σ 键按正六边形精密有序排列形成稳定结构。单层石墨烯理论厚度0. 35 nm具有超大的比外貌积( 达2630 m2/g)超高的力学性能( 杨氏模量达1100 GPa断裂强度达130 GPa)超快的载流子迁移率( 达15 000 cm2/(V·s))。

凭借这些优异的性能石墨烯在防腐蚀领域获得了广泛的应用。

Zhan 等通过多巴胺(DA) 与硅烷偶联剂(KH550) 的自聚合改性制备了新型仿生氧化石墨烯/Fe3O4杂化质料(GO-Fe3O4@(DA+ KH550))改性后引入了富厚的—NH2和—OH 基团使GO/Fe3O4在环氧树脂中疏散良好并通过化学交联反映提高改性纳米填料与环氧树脂的界面粘合性。

电化学阻抗谱(EIS) 测试讲明通过添加0.5wt%改性的GO/Fe3O4质料与纯环氧树脂和其他纳米填料/环氧复合涂层相比GO/Fe3O4环氧涂层的抗腐蚀性能显著提高且其硬度比纯环氧涂层提高了71.8%。

2.1 石墨烯具有奇特的二维片层结构在涂层中可以层层叠加形成致密阻遏层使小分子腐蚀介质( 水分子、氯离子等) 难以通过起到物理阻遏作用。

同时石墨烯良好的化学稳定性和热稳定性使其在腐蚀性情况中或高温条件下均能保持稳定。Chen 等用CVD 法在铜、铜镍合金外貌沉积石墨烯薄膜考察了高温(200 ℃)和双氧水溶液对石墨烯薄膜防护性能的影响。

如何充实使用石墨烯薄膜和其他高分子质料的优点制备具有优异防腐蚀性能的复合质料仍是研究的重要偏向。

此外还需进一步深入研究石墨烯及其复合质料与基底间形成界面的相称性以到达更好的防腐效果。

2 石墨烯及其复合质料在金属防腐中的应用

4 总结

CVD 法是将含碳化合物作为碳源在基体外貌升温至气态气态碳源裂解形成的碳原子在金属基体外貌沉积生成石墨烯。

由于铜薄膜对碳源、温度、压力等要求较低因此一般用铜作为基体在铜外貌富集石墨烯这是CVD 中最有前景的制备高质量石墨烯的方法。

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石墨烯由于具有较好的物理、化学性能已在防腐领域的研究中取得了显著的希望但现有的石墨烯制备方法效率低且成本高使用纯石墨烯薄膜作为防腐涂料现在在工业上无法实现。因此仍需进一步探究石墨烯的生长机制、探索制备高产率高质量石墨烯的方法。

Sari 等用氨基硅烷和14-丁二醇二缩水甘油醚(BDDE)对GO和纳米粘土(NC)举行外貌改性并将改性后的GO和NC混淆实现了高效防腐。研究发现:一方面通过添加改性后的GO 和NC可以在环氧树脂和钢基体之间形成更强和更稳定的粘合键。

1.2 氧化还原法

1.1 机械剥离法

电化学交流阻抗测试效果显示GO/TiO2复合环氧树脂涂层具有优异的耐腐蚀性能。

TiO2负载GO 后纳米复合物填料填充到涂层微孔当中使混淆物体系不易团聚且疏散匀称且由于片状氧化石墨烯形成的“层压结构”阻隔了水、氧气等腐蚀介质的进入从而提高了涂层对金属基体的掩护作用。

碳化硅外延生长法是通过高温加热碳化硅使其剖析当外貌硅原子气化脱离后剩余的碳原子在碳化硅外貌会重新排列聚集形成石墨烯。但这种方法能耗过高(反映温度大于1 000 ℃)且吸附在基底外貌的石墨烯与基底不易分散因此限制了它的应用。

3 石墨烯及其复合质料的防腐机理

是指使用晶格匹配在一个。


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