• 單層石墨烯強度高、韌性好、比表面積大，具有超疏水性和超親油性，化學(xué)和熱穩(wěn)定性好；
• 石墨烯的片層結(jié)構(gòu)層層疊加、交錯排列，在涂層中可形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)屏蔽結(jié)構(gòu)，能夠有效抑制腐蝕介質(zhì)的浸潤、滲透和擴散，提高涂層的物理阻隔性；
• 由于其超薄的片層厚度，石墨烯可以填充到涂層的缺陷當中，減少涂層孔隙率，增強涂層致密性，進一步延緩或阻止腐蝕因子浸入到基體表面；
• 石墨烯層與層之間有良好的潤滑作用，石墨烯的片層結(jié)構(gòu)可以將涂層分割成許多小區(qū)間，有效減小涂層內(nèi)部應(yīng)力，提高涂層的柔韌性、耐沖擊性和耐磨性。

CVD法可直接在Cu和Ni等金屬表面制備純石墨烯防腐涂層。目前，CVD方法經(jīng)過發(fā)展，生長基底已擴展到更多類型的金屬，如Rh，Au，Ti，Pt，Pd 和Co等。然而，其他需要防腐保護的商業(yè)金屬（Mg，Al，F(xiàn)e）,鋼和其他相關(guān)合金通常不能承受CVD工藝所需的高溫。要擴展CVD法純石墨烯防腐涂層的應(yīng)用范圍，需要用機械轉(zhuǎn)移法將石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至目標金屬，如圖1所示。

機械轉(zhuǎn)移擴展了CVD法石墨烯的應(yīng)用范圍，為了減緩褶皺和裂紋，轉(zhuǎn)移過程中需要用到PMMA，熱釋放帶或PDMS等支撐層。然而，在轉(zhuǎn)移后，這些聚合物會有殘留物留在純石墨烯防腐涂層內(nèi)，其可影響純石墨烯涂層的光學(xué)性質(zhì)、導(dǎo)熱性和濕潤性。為了減少殘留污染物，目前已有研究采用退火處理甚至是無聚合物轉(zhuǎn)移的方法。這些方法使得通過CVD法制備的純石墨烯防腐涂層的應(yīng)用更加廣泛。

• 微電池腐蝕；
• 純石墨烯涂層的另一個問題是局部氧化，研究發(fā)現(xiàn)在石墨烯缺陷和邊界處累積的局部氧化，通過形成小丘改變了石墨烯的結(jié)構(gòu)，小丘結(jié)構(gòu)的尖端具有較弱的鍵，其中一些在氧化過程中破裂，導(dǎo)致機械強度下降。

②優(yōu)化CVD法制備工藝的參數(shù)：制備參數(shù)的許多變化會影響石墨烯的缺陷密度和耐腐蝕性的耐久性。通過實驗，研究人員總結(jié)了大量的制備參數(shù)，如H2體積流量，石墨烯生長溫度，冷卻速率和退火時間。

②?制備多層石墨烯涂層：多層石墨烯涂層的制備是解決缺陷問題的一種簡單有效的方法；

④原子層沉積（ALD）選擇性地鈍化石墨烯缺陷。

提高涂料中石墨烯分散性的方法

目前改善石墨烯的分散性主要有三種方法：物理分散、化學(xué)改性和納米粒子修飾石墨烯表面。其中物理分散主要包括超聲波分散、高速磁力攪拌、剪切乳化、球磨和砂磨分散等方法。但是物理分散效果不是特別明顯，所以通常用來輔助后兩種分散方法。

①化學(xué)改性

通常使用偶聯(lián)劑對石墨烯進行化學(xué)改性。偶聯(lián)劑通常含有兩種類型的官能團：親水基團和親有機物基團。在改性之后，石墨烯的邊緣或表面接枝有長鏈聚合物，這使得石墨烯在涂層基質(zhì)中具有更好的相容性。同時，改性石墨烯獲得了聚合物的特性，這改善了石墨烯復(fù)合涂層的整體性能。

②納米粒子（NPs）修飾石墨烯表面

為了提高石墨烯的分散性，經(jīng)常使用酸氧化，這確實具有良好的效果。然而與此同時，石墨烯的結(jié)構(gòu)被破壞，其固有性能也降低。在石墨烯表面上裝飾NPs的方法是非常新穎的，其可以改善石墨烯的分散性并且還確保石墨烯結(jié)構(gòu)的完整性和較少的石墨烯缺陷。目前，二氧化鈦，氧化鋁，碳酸鈣，二氧化硅和四氧化三鐵等NPs用于修飾石墨烯表面，可以增加石墨烯與表面之間的間距，減少團聚，改善涂層的耐受性。

石墨烯復(fù)合涂層的耐腐蝕性不僅受到石墨烯在涂層中的分散性的影響，而且受其取向的影響。當石墨烯有序排列時，石墨烯復(fù)合涂層對腐蝕性介質(zhì)的阻擋能力得到改善。

②石墨烯性質(zhì)的轉(zhuǎn)換

石墨烯充當復(fù)合涂層中的填料和腐蝕性介質(zhì)的屏障。然而，石墨烯充當大多數(shù)金屬的陰極，因此，石墨烯的存在加速了金屬腐蝕并導(dǎo)致電偶腐蝕。通常，聚合物不導(dǎo)電，并且不用擔(dān)心聚合物涂層會與基材形成電化學(xué)腐蝕。然而在添加石墨烯后，聚合物涂層的電導(dǎo)率增加了幾個數(shù)量級，并且存在電偶腐蝕的風(fēng)險。關(guān)于上述問題，有三種方法可以優(yōu)化石墨烯涂層的耐腐蝕性。一種方法是通過化學(xué)改性降低石墨烯的電導(dǎo)率或用絕緣材料封裝石墨烯以避免石墨烯和金屬之間的電偶。第二種方法是將石墨烯轉(zhuǎn)化為陽極，例如，向涂層中添加更活潑的陽極材料（Zn）。第三種方法是尋找具有穩(wěn)定電絕緣性且與石墨烯其他性質(zhì)類似的替代品。

參考資料：1. 《石墨烯在防腐涂料中的應(yīng)用進展》，張海永，呂心頂，鄭言貞；

2.《A comprehensive review on graphene-based anti-corrosive coatings》， Gan Cui, Zhenxiao Bi, Ruiyu Zhang, Jianguo Liu, Xin Yu, Zili Li

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