《石墨烯学堂》之第十五讲

   腐蚀是金属材料失效的主要形式，也是一个全球都普遍存在的问题。据估计，全球每年因腐蚀报废的金属设备占其产量的30%，除去回收的部分外，还有10%的钢铁一去不复返。寻找有效的技术手段来实现金属表面防护成为各国研究者共同关注的目标。

    众多学者致力于研究和开发腐蚀控制技术和措施，降低腐蚀损失的主要方法有开发和正确选用耐蚀材料、电化学保护和涂层保护。而金属表面覆膜处理技术是最为经济、简单、使用最为广泛的防腐手段。这些技术往往是用某些材料（如特种金属、陶瓷、金属氧化物、非金属聚合物等）包裹在金属表面，以避免其表面与空气、水或其它腐蚀环境直接接触，从而达到防止腐蚀的目的。

   这些包裹材料因为各种局限而难以满足日益复杂的工作环境。普通的表面涂层往往存在粗糙度大、涂层过厚等因素而不适合精密场所的使用；同时聚合物材质往往不耐高温，并且可能影响涂覆基材的性质。薄型化是防腐技术发展的一个重要方向，而石墨烯作为最薄的膜材料，为相关应用带来了新的可能。

1.石墨烯防腐机理

图1 石墨烯防腐涂料中“迷宫效应”示意图

石墨烯具有特殊的片层状结构，可以像鳞片状云母粉、铝粉、玻璃薄片等作为填料应用于防腐涂料中，石墨烯的片层状结构，对水、氧气和离子的扩散有很好的物理屏蔽作用，可以增加腐蚀介质在涂层中的渗透路程，从而达到对金属材料的防腐蚀功能，这一过程被通俗的称为石墨烯的“迷宫效应”。目前，石墨烯在金属防腐蚀、防污、导电以及其他功能涂料领域中的应用已取得初步成果，石墨烯重防腐涂料产品成为石墨烯迈向应用的热点之一。

2.石墨烯防腐涂层展望

图2石墨烯防腐涂层外观图

   石墨烯在金属材料的防腐领域也具有非常大的应用潜力。

   首先，石墨烯稳定的sp²杂化结构使其能在金属与活性介质间形成物理阻隔层，阻止扩散渗透的进行。科学家在研究石墨烯制备微小密封“气球”时发现石墨烯能有效阻碍气体分子通过，即便是H原子也很难通过；基于纯石墨烯膜的防护涂层值得期待。

   其次，石墨烯具有很好的热稳定性和化学稳定性，不论是在高温条件下（可高达 600 ℃）还是在具有腐蚀性的环境中均能保持相对稳定，可以开发出用于极端环境下的防护涂料。

最后，石墨烯还具有比较优秀的耐摩擦润滑性能，有可能开发出应用于轴承部件的防护涂料；而且其本身具有的亲油疏水性，也可以增强涂层在潮湿环境中的抗腐蚀性能。

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