金屬腐蝕遍及國民經(jīng)濟各部門，給國民經(jīng)濟帶來巨大的損失。您知道嗎？全世界每年因腐蝕而報廢的鋼鐵設(shè)備已經(jīng)超過其年產(chǎn)量的30%。更可怕的是，金屬腐蝕還會造成橋梁坍塌、管道泄漏、輪船破沉等災(zāi)難性事故。

圖1 因金屬設(shè)備腐蝕造成的輪船破沉（a）、橋梁坍塌（b）和管道泄漏（c）事故

石墨烯是新一代防腐材料，它不僅具有可以阻隔幾乎所有氣體的完美屏蔽性能，而且還是目前世界上最薄最堅硬的納米材料之一，是不折不扣的“材料之王”。

圖2 石墨烯對造成金屬腐蝕的空氣和水的超強阻隔性（a）及其高強度特性（b）

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，石墨烯如同“圣衣”一樣可以覆蓋在金屬表面有效阻止金屬和空氣的接觸，對金屬起到良好的保護作用。正當科學(xué)家們?yōu)橹老踩艨駮r，來自美國加州大學(xué)的Alex Zettl教授指出，石墨烯不能對金屬起到長久保護，因為石墨烯是導(dǎo)電的。

換而言之，一旦石墨烯“圣衣”出現(xiàn)缺陷或破損，哪怕是針孔大小，其中金屬產(chǎn)生的電子就如同螞蟻一樣被不停地從孔中釋放，那么金屬就會不停地被消耗直至殆盡-“千里之堤毀于蟻穴”。

圖3 石墨烯涂層加速金屬銅的腐蝕過程（裸銅和石墨烯覆蓋金屬銅腐蝕前后的對照）

為此，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所先進涂料與粘合劑實驗室提出以絕緣的白色“石墨烯”氮化硼納米點封裝石墨烯來實現(xiàn)石墨烯涂層的長期防腐概念（圖4）。

圖4 白色石墨烯封裝石墨烯示意圖（a）和銅線的絕緣皮層圖（b），改性石墨烯的高效分散（c）和超防腐機理圖（d）。

白色“石墨烯”即氮化硼，是類石墨烯等電子絕緣材料，其通過超聲碎裂及化學(xué)改性技術(shù)制備的極小納米點（直徑一般小于50nm）能夠通過與石墨烯片層間的π-π堆積作用（一種通常存在于芳香環(huán)間的與氫鍵同樣重要的非共價鍵相互作用）如磁鐵一樣吸附于石墨烯表面，起到類似導(dǎo)線絕緣皮套的作用（圖4）。

由于氮化硼納米點富含親水基團（如羥基、羧基、胺基等），該技術(shù)不僅能夠突破制約石墨烯推廣應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸——石墨烯分散技術(shù)，還能從根本上消除石墨烯涂層在缺陷處加速金屬腐蝕的隱患，賦予石墨烯長效保護。

氮化硼納米點通常被認為是單層或半層氮化硼納米片，作為超小的“白石墨烯”納米片，其存在除了對石墨烯起到封裝作用外，不會對石墨烯的屏蔽作用（即阻隔水、空氣和腐蝕電解質(zhì)的特性）造成影響。同時能夠抑制石墨烯在涂料中的沉淀和團聚，最大限度地增強石墨烯涂層的防腐性能（圖4），為石墨烯防腐涂料的商業(yè)化應(yīng)用進程打開了一個新的突破口。

該技術(shù)還有助于石墨烯在防靜電涂層、導(dǎo)熱涂層、電子封裝材料及導(dǎo)熱材料等領(lǐng)域的應(yīng)用取得新進展。

本文來自中科院之聲，本文觀點不代表利特納米立場，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者。