?中科院寧波材料所開發(fā)出可自行恢復(fù)防腐作用的石墨烯改性有機(jī)涂層

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石墨烯是一種二維納米材料，具有良好的力學(xué)性能、高的長徑比及優(yōu)異的阻隔性能，近年來在有機(jī)腐蝕防護(hù)涂層領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注。然而，石墨烯和涂層基體樹脂的界面相容性較差，進(jìn)而導(dǎo)致涂層微孔、微裂紋等缺陷，同時，石墨烯的高導(dǎo)電性可能引起電偶腐蝕也限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。美國西北大學(xué)黃嘉興從電化學(xué)電位角度強(qiáng)調(diào)石墨烯在腐蝕過程中做正極，會加速金屬的腐蝕。解決這一問題可采取以下應(yīng)對措施：①研發(fā)石墨烯-聚合物復(fù)合涂層；②在石墨烯中添加負(fù)極材料；③實(shí)現(xiàn)石墨烯涂層的自愈，抑制局部腐蝕（Nat.Nanotechnol.,2017,12,834-835）。



日前，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所海洋功能材料團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)的有機(jī)功能涂層小組通過絕緣封裝、表面鈍化來抑制石墨烯的腐蝕促進(jìn)行為，開發(fā)出一種可自行恢復(fù)其原有的防腐作用的石墨烯改性有機(jī)涂層技術(shù)，可延長涂層使用壽命，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價值和發(fā)展空間。

該涂層采用旋涂技術(shù)，可在金屬材料表面涂覆，涂層防腐效果明顯，物理化學(xué)性能穩(wěn)定。涂層修復(fù)劑采用層狀雙金屬氫氧化物（LDH）將分子體積小的可溶性導(dǎo)電聚合物聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸（PEDOT/PSS）固定在層間，同時與石墨烯進(jìn)行靜電組裝，提高石墨烯的靈活性與分散性。該材料的絕緣表面有效避免了石墨烯-金屬基底及石墨烯片層間接觸所引發(fā)的腐蝕促進(jìn)現(xiàn)象，通過抑制界面處的電荷傳輸，有效提高了涂層的耐腐蝕性能，這將有利于實(shí)現(xiàn)復(fù)合涂層對金屬基底的長效腐蝕防護(hù)。另一方面，當(dāng)涂層產(chǎn)生缺陷后，缺陷處的腐蝕性介質(zhì)滲透產(chǎn)生的鎂離子PEDOT/PSS發(fā)生離子交聯(lián)，在一定程度上修補(bǔ)涂層缺陷，阻止腐蝕反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)生，具有一定的自修復(fù)性能。相關(guān)工作發(fā)表于Mater.Chem.Front.,2019,3,321-330，并申請了國家發(fā)明專利（CN2010050740.9）。



上述研究工作獲得國家杰出青年科學(xué)基金（5182550）、中科院前沿科學(xué)研究計劃（QYZDY-SSW-JSC009）以及浙江省自然科學(xué)基金（Y16B040008）等的資助。



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圖1涂層電化學(xué)腐蝕原理及過程（來源：Nat.Nanotech.）



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圖2（a）石墨烯絕緣封裝材料制備示意圖；(b,c,d)不同涂層缺陷處的局部交流阻抗分布與(e)修復(fù)機(jī)理

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