纳米医学与生物治疗发现杂志
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石墨烯腐蚀防护

B·芒青

石墨烯，理论上是石墨的原子层，现在可以大规模工业化生产。大多数这些过程都会产生几层石墨烯。第六元素建立了专有工艺来制造不同类型的石墨烯，这些石墨烯具有针对不同应用的特定设计特性。关于如何在涂料中使用石墨烯的研究已于 2013 年开始，重点是减少溶剂型防腐涂料系统中的锌含量。在含锌量高的标准底漆中，锌充当阴极牺牲层，因为锌是更惰性的金属，因此可以保护下面的金属基材。当锌越来越氧化时，生成的氧化锌会形成屏障，防止周围介质（水、盐）对金属基材的侵蚀。现在的想法是设计一种石墨烯类型，具有足够的导电性以支持系统的任何阴极功能，并且能够在不产生电池的情况下充当屏障。进一步的要求是这种石墨烯可以用涂料工业中使用的标准设备进行加工。与中国的工业合作伙伴Toppen Co合作开发了SE1132型石墨烯。它是具有中等导电率的多层石墨烯。与标准富锌环氧底漆相比，在环氧底漆系统中添加 1% SE1132 并将锌含量降低至 25%（基于干物质）表明盐雾测试和水凝结测试有显着改善。该结果已通过测量此类系统的腐蚀电流得到证实。第六元素的这项开发已在中国和美国获得专利。

最近，推出了含有锌和其他颜料的新底漆。这些底漆旨在满足国际标准文件 (ISO 12944-2018) 中规定的最新腐蚀防护要求。不幸的是，锌产品，例如常用的锌粉，对水生生物具有剧毒。因此，海洋环境中的用户对锌含量大幅降低的底漆的要求越来越高。

这就是石墨烯（石墨的单层形式）发挥作用的地方。这种材料于 2004 年首次被发现，其卓越的机械强度以及出色的导电和导热性能使其对一系列应用具有吸引力。石墨烯还可以吸收原子或分子，并且可以通过将不同的化学基团与其碳原子结合来进行功能化。

在过去的15年里，科学家和工程师已经建立了数条工业化生产石墨烯的路线。对于电子行业的应用，化学气相沉积 (CVD) 通常用于制造具有高导电性的石墨烯片，该化学气相沉积 (CVD) 从富含碳的气氛开始，将单层碳原子沉积到基材上。另一种常见的途径是使用改进的 Hummers 方法，其中石墨首先被氧化，然后通过在惰性气氛中进行还原步骤，生产出不同类型的石墨烯。其他方法包括使用专有的电化学工艺剥离或剥落石墨烯层。

除 CVD 之外，这些方法往往生产少层石墨烯产品，这些产品可以粉末形式或分散在溶剂、水和聚合物体系中。几层石墨烯产品的初级颗粒的横向尺寸可能为 1 µm 至超过 50 µm，厚度可达几纳米，具体取决于层数。尽管这些产品不是纯石墨烯，但它们的导电性、导热性以及机械性能与纯材料非常相似。至关重要的是，它们足够接近以达到防腐蚀的目的。

腐蚀这个词最常见的用法是指金属（通常是钢）与氧气、硫酸盐或氯化物等氧化剂发生电化学氧化，形成化学稳定的金属盐，即生锈。作为一种导电材料，石墨烯能够以有利的方式影响电化学反应（与第二种互补防腐颜料一起），这意味着更少的生锈。石墨烯的阻隔特性支持了这种效应。此外，石墨烯可以增强涂料体系中的粘合剂对基材的附着力。这有助于防止侵蚀基材的（咸）水将保护涂层与基材分离。