石墨烯防腐薄膜和涂层的发展现状

　　单层石墨烯其厚度仅有0.335nm，是构成零维富勒烯、一维碳纳米管及三维石墨的基本单元。石墨烯是至今发现的厚度Z薄和强度Z高的材料。薄是因为石墨烯是由一个碳原子层构成的二维晶体，厚度只有一个原子。虽然薄到ji致却非常致密，即使原子尺寸Z小的氦也无法穿透它。wan美的杂化结构、大的共轭体系等使石墨烯具有突出的力学性能、高的热导性、高的比表面、高的电子迁移速率等优异的性能。

　　可以对石墨烯进行改性调变其结构和性能，形成氧化石墨烯、石墨烷、氮化石墨烯及氟化石墨烯等多种衍生物。由于石墨烯和石墨烯衍生物具有多种优异的性能，使其被广泛应用于涂料、复合材料、催化、电极材料、传感器、储氢材料等多个方面。科学界都在关注石墨烯的研究进展。可以想象这种神奇的材料一旦投入实际应用将会给人类社会带来革命性的变化。

一、石墨烯防腐薄膜

　　近年来，国内外研究人员运用化学气相沉积(CVD)法制备了石墨烯薄膜并对其在金属腐蚀防护领域展开研究，主要包括抗氧化、耐液体腐蚀、抗生物腐蚀等方面。

　　对于石墨烯薄膜的抗氧化性，多家科研单位的研究结果证实：

　　1、Cu和Cu/Ni合金表面石墨烯薄膜使金属基体表面和外界反应环境只相隔了一个原子的距离，石墨烯薄膜能够有效地防止Cu和Cu/Ni合金在空气中氧化，对于过氧化氢的腐蚀同样能提供有效的防护;

　　2、Ni表面沉积石墨烯涂层即使连续3h暴露在500℃的空气中或者连续2h浸泡在31%过氧化氢溶液中，Ni基体依然无明显的氧化腐蚀现象;

　　3、铜基石墨烯薄膜即使连续9h暴露在流动的沸水中，石墨烯薄膜依然能够稳定存在，并能够有效地作为氧化保护层，长时间的暴露于工作液体中;

　　4、铜箔表面的石墨烯薄膜，在150℃的空气中加热，发现纯铜经过15min后即发生氧化变色且随时间延长氧化程度继续加深，而石墨烯薄膜覆盖的铜箔经1h加热后表面仍无明显变化，说明石墨烯薄膜能够有效地防止铜箔在空气中的氧化。

　　而对于液体腐蚀介质的防护性能，研究结果证实：

　　1、将石墨烯覆盖的铜、镍样品在Na₂SO₄溶液中进行电化学测试，发现：由单层石墨烯覆盖的铜的腐蚀速率比纯铜慢了7倍;而由多层石墨烯覆盖的镍的腐蚀速率比纯镍慢多达20倍;

　　2、在NaCl溶液中，石墨烯薄膜能够明显增加Cu基体的阻抗，阴极和阳极的腐蚀电流均减小了1~2个数量级，证明了石墨烯薄膜涂层具有chao强的耐腐蚀性。

　　除了空气、液体等腐蚀介质，石墨烯薄膜的防腐性能还扩展到了微生物领域：

　　具有石墨烯薄膜的Ni基泡沫中Ni的溶解量比裸Ni泡沫样品至少低一个数量级，电化学阻抗值超过裸Ni泡沫样品40倍。Ni泡沫表面的石墨烯薄膜的存在能够阻碍微生物进入Ni表面，显著地提高了Ni泡沫的耐微生物腐蚀性能。

　　CVD法制备的石墨烯薄膜质量受到衬底的形貌和纯度、生长温度、载气、退火时间等多重因素的影响，还存在着生产成本高、危险系数大、对环境造成污染等诸多问题，还需要进一步探索优化制备条件以实现安全批量化的环保生产。而要想使石墨烯薄膜材料在防腐方面发挥更加长久稳定的作用，还要通过功能化改性、与其它材料复合等其他手段实现，系统深入的研究工作正在逐步展开。

二、石墨烯防腐涂层

　　石墨烯具有独特的性能，常常作为填料添加到聚合物或者合金中来改善基体在防腐性能方面的不足，其防腐机制主要为：

　　1、石墨烯化学性质极其稳定，可以起到阻隔的作用，防止基底与腐蚀介质接触

　　2、石墨烯为纳米材料，具有小尺寸效应，可以填充到涂料的孔洞和缺陷中，在一定程度上阻止和延缓了小分子腐蚀介质浸入金属基体;

　　3、从电化学角度来说，石墨烯能更好地钝化镀层金属，使镀层的耐蚀性能进一步得到提高。

　　将石墨烯经过表面化学改性和物理超声分散后均匀分散在环氧树脂中，获得环氧树脂/石墨烯复合涂层。发现石墨烯的添加使涂层的腐蚀电流密度降低了两个数量级以上，添加了石墨烯的复合涂层在720小时盐雾实验后，对基底仍有很好的保护作用。

　　石墨烯通过切断腐蚀介质的渗透通道来提升涂层的防腐性能，可以看出纯环氧树脂内部存在明显的腐蚀介质渗透通道缺陷，而石墨烯的引入，切断了腐蚀介质的渗透通道，从而提高了涂层的防护寿命;由于其是一种疏水材料，有效地阻止了腐蚀介质的渗透。但是石墨烯的含量也不是越多越好，随着含量的增加，石墨烯有团聚现象的出现，反而导致复合涂层的防腐性能下降。