最薄防腐涂料石墨烯问世

铅笔头 · 发表于 2013-9-26 10:36:21

中国储能网讯：铜表面培育单层石墨烯涂层，腐蚀速度比裸铜慢七倍，镍表面培育多层石墨烯涂层，腐蚀比裸镍慢20倍。

镍表面涂上四层机械转移的石墨烯，腐蚀比裸镍慢4倍，来源：范德比尔特大学

新的研究证实，“神奇材料”石墨烯是已知世界上最薄的防腐涂料，可保护金属不受腐蚀。他们的研究认为，有望新颖地使用石墨烯，研究发表在美国化学学会（ACS）《纳米》（Nano）上。

在研究中，迪拉吉•普拉赛（Dhiraj Prasai）和他的同事们指出，金属生锈和其它腐蚀是一个严重的全球性问题，积极的研究工作正在进行，要寻找新的途径，减缓或防止它。普拉赛是美国范德比尔特大学（Vanderbilt University）化学和生物分子工程系教授，他说，腐蚀是因为金属表面接触空气，水或其他物质。主要的方法就是给金属涂上涂层材料，以屏蔽金属表面，但目前使用的材料有局限性。科学家们决定，评估石墨烯，把它作为一种新的涂层。石墨烯是单层碳原子，有很多层存在于铅笔和木炭中，它是已知最薄、最强的材料。这就是为什么它被称为神奇材料。在石墨烯中，碳原子的排列就像鸡爪印网，一层非常薄，呈透明状，一盎司可以覆盖28个足球场。

他们发现，石墨烯无论是直接在铜或镍（nickel）上制备，或转移到其他金属上，都可提供防腐蚀保护。铜涂层培育单层石墨烯，采用化学气相沉积（CVD：chemical vapor deposition）法，腐蚀会比裸铜慢七倍，镍涂层培育多层石墨烯，腐蚀比裸镍慢20倍以上。值得注意的是，单层石墨烯具有相同的防腐蚀保护作用，就像常规有机涂料，但后者要厚五倍以上。石墨烯涂料可以用作理想的防腐蚀涂料，因为在有些领域，薄涂层更有利，比如微电子组件，互连产品，飞机部件和植入设备等都是这样，科学家说。

他们的论文《石墨烯：防腐涂料》（Graphene: Corrosion-Inhibiting Coating），发表在2012年2月2日的美国化学学会《纳米》杂志上。

论文中说，他们报告的是，使用原子薄层石墨烯，作为保护涂层，抑制腐蚀下面的金属。在这里，他们采用电化学方法，研究防止腐蚀铜和镍，既可以使石墨烯生长在这些金属上，也可以机械性地把多层石墨烯转移到它们上面。循环伏安测量（Cyclic voltammetry）表明，这种石墨烯涂层可有效抑制金属氧化和氧还原。电化学阻抗谱（impedance spectroscopy）测量表明，石墨烯本身不受损坏时，下面金属的腐蚀只出现在石墨烯薄膜的裂纹中。

最后，他们用塔菲尔（Tafel）分析，量化样品的腐蚀速率，对比采用或不用石墨烯涂料时的情况。这些结果表明，铜薄膜涂上石墨烯，用化学气相沉积培育时，腐蚀速度减慢7倍，这是在加氧硫酸钠（Na2SO4）溶液中与裸铜相比的情况。塔菲尔分析表明，镍上面生长多层石墨烯薄膜，腐蚀慢20倍，镍表面涂上四层机械转移的石墨烯，腐蚀比裸镍慢4倍。这些发现说明，石墨烯是已知最薄防腐蚀涂层。