间苯二胺-氧化石墨烯/有机涂层的制备及防腐性能研究

针对有机涂层中氧化石墨烯(GO)分散性差、与树脂相容性不好的问题,本工作选择间苯二胺作为“桥接物质”,利用其分子上的两个胺基与GO和环氧树脂的环氧基团分别键合,从而改善GO与环氧树脂间的相容性.同时,利用间苯二胺的空间位阻效应有效改善了GO的团聚问题,提高在环氧树脂中的分散性.采用化学接枝法得到间苯二胺表面改性的GO(...     

聚苯胺原位聚合改性氧化石墨烯制备复合涂层及其耐腐蚀性能研究

目的 提高聚苯胺(PANI)涂层的腐蚀防护性能,并明确其防腐机理.方法 通过原位聚合的方法,采用PANI对氧化石墨烯(GO)进行功能化修饰,并对其在GO表面的生长状态进行调控.利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、拉曼光谱仪(Raman)和场发射高分辨扫描电镜(FESEM),对功能化GO的结构和形貌进行表征和分析;然后将其引入到聚苯胺涂层中,制备PANI/GO复合涂层.采用电化学阻抗谱(EIS)详细研究PANI涂层以及不同的PANI/GO复合涂层对不锈钢基材的腐蚀防护效应,并对其耐腐蚀机制进行探讨.结果 PANI均匀地生长在GO片层上,其结构与形貌可以通过控制苯胺的添加量进行有效调控,且PANI的原位聚合促进了GO的片层剥离及舒展,改善了其分散性以及与涂层间的相容性.与单一PANI涂层相比,PANI/GO复合涂层的稳定开路电压值较大,且当苯胺与GO的质量比为5︰1时,获得的功能化GO的分散效果最佳,对聚苯胺涂层的腐蚀防护性能增强效果最为显著.此时复合涂层表现出最大的容抗弧直径,且电化学阻抗谱拟合后的电荷转移电阻最大,双电层电容最小.结论 PANI涂层本身可以在金属表面形成具有屏蔽作用的保护层,但其非致密的形态结构及腐蚀环境下的分子构型变化损害了涂层的腐蚀防护性能.通过功能结构化GO的复合,尤其是在GO分散性最佳的状态下,可有效提高涂层的致密性和抗渗透性,并且可抑制因质子反应导致的分子构型变化对涂层结构的破坏,从而增强涂层的腐蚀防护性能.     

聚苯胺/石墨烯原位复合水性防腐涂料耐蚀性能的研究

目的研究聚苯胺/石墨烯水性防腐涂料的耐蚀性能。方法采用盐酸为掺杂酸,以聚乙烯基呲咯烷酮(PVP-K30)为空间稳定剂,利用原位聚合法,以苯胺和石墨烯为原料,过硫酸铵为氧化剂,制备聚苯胺/石墨烯复合材料。将聚苯胺/石墨烯、纯聚苯胺、石墨烯分别添加到HG-54C乳液中制备水性防腐涂料,利用动电位极化曲线和盐雾试验对比分析聚苯胺/石墨烯、纯聚苯胺、石墨烯水性涂层的防腐性能,再通过傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)对比分析其结构和微观形貌。结果聚苯胺均匀地覆盖在石墨烯的片层结构上形成氧化插层结构。当复合材料浸泡在3.5%Na Cl溶液中,腐蚀电流密度为2.3955×10-7A/cm2。盐雾试验表明,聚苯胺/石墨烯的防腐性能优于添加纯聚苯胺和石墨烯的性能。结论聚苯胺/石墨烯涂层具有良好的耐蚀性能,其耐蚀性能优于纯聚苯胺涂层和石墨烯涂层。     

快速电化学剥离天然脉石墨制备石墨烯用于透明导电薄膜的研究

目的开发一种基于电化学剥离天然脉石墨的石墨烯量产制备工艺,并研究其剥离石墨烯的品质,最后验证以该量产石墨烯作为原料制备透明导电薄膜的可行性。方法以相同的电化学工艺剥离天然脉石墨、高定向热解石墨以及人工石墨制备石墨烯,然后用共聚焦光学显微镜(OM)、扫描探针显微镜(AFM)、拉曼光谱仪(Raman)和X-射线光电子能谱仪(XPS)考察天然脉石墨剥离的石墨烯尺寸和品质,并将其与另外两种石墨烯及基于文献报道的热/化学还原氧化石墨烯进行对比,最后以天然脉石墨剥离的石墨烯制备成透明导电膜并测量其电导率和透光率。结果以天然脉石墨通过电化学剥离得到的石墨烯主要以1—3层石墨烯为主,平均横向尺寸和厚度分别为5.9μm和2.4 nm。Raman及XPS分析表明,该石墨烯的品质可与电化学剥离高定向热解石墨得到的石墨烯相媲美,并且优于人工石墨烯和基于热/化学还原的氧化石墨烯的品质。最后以天然脉石墨烯为原料,通过界面自组装及后续的转移工艺于石英基板上制备了透明的石墨烯导电薄膜,在83.1%的透光率下,该薄膜的方阻低至13 k?/□,相对于以人工石墨经电化学剥离得到的石墨烯为原料所制备的导电薄膜有较大的提升。结论以天然脉石墨作为原料并通过电化学剥离得到的石墨烯的尺寸较大、缺陷少、官能化程度低,可应用于透明导电膜的制备,这主要归因于天然脉石墨的致密结晶性及高含碳量。     

耐腐蚀氧化石墨烯复合涂层的研究进展

腐蚀问题会影响金属材料的安全性和耐久性,是造成工程装备和设施失效及破坏的主要原因,严重损害了经济发展和人身安全。涂层是最有效和经济的防腐措施,随着对涂层性能的要求越来越高,复合涂层材料受到科研工作者的广泛关注。石墨烯具有高导电率、高硬度和优异的阻隔性等性能,但同时具有疏水性和易团聚的特点。氧化石墨烯的结构与石墨烯相似,高长径比能够提供有效的阻隔性能,表面丰富的含氧基团为化学改性提供了反应位点,从而实现在基体中均匀分散的目的,是一种可用于增强涂层防腐能力的理想碳材料。首先介绍了氧化石墨烯的制备和化学改性方法,并且对比了不同化学改性方法的优缺点以及作用机制。然后分类阐述了氧化石墨烯复合防腐涂层的研究现状,探讨了氧化石墨烯含量、分散性和制备条件等因素对复合涂层的影响。最后从不同方面(制备工艺、分散技术、防腐机制和工程应用)分析了氧化石墨烯涂层存在的主要问题,并展望了氧化石墨烯涂层的发展方向。     

石墨烯水性复合防腐涂料的研究进展

石墨烯复合防腐涂料因兼顾石墨烯优异的化学稳定性、快速的导电性、突出的力学性能和聚合物树脂的强附着力、良好成膜性等优点,受到越来越多涂料防护工作者的关注。然而,目前石墨烯复合防腐涂料的研究主要以溶剂型复合材料为主,环保性差。加快石墨烯在水性防腐涂料中的应用研究,开发低成本、高性能、绿色环保的新型石墨烯水性复合防腐涂料,成为未来石墨烯防腐蚀涂层材料的研究热点。对石墨烯在水性聚氨酯防腐涂料、水性环氧树脂防腐涂料、水性丙烯酸防腐涂料以及水性无机富锌涂料中的功能化应用进行介绍,将石墨烯添加到水性防腐涂料中可以增强涂层对基材的附着力,提升涂料的物理屏蔽性、耐磨性和防腐性,同时具有环保安全的特性,大大扩大了水性防腐涂料的应用范围。另外,对石墨烯水性复合防腐涂料功能化应用研究所面临的重点、难点进行了分类介绍,包括石墨烯选材、石墨烯与水性涂料的配套体系研究、石墨烯用量以及石墨烯在水性涂料中的分散性和相容性。     

石墨烯对无铬达克罗涂层耐蚀性能影响

针对无铬达克罗防腐性能较差的问题,向涂液中添加不同含量石墨烯制备复合涂层以期提升涂层的耐蚀性能。实验采用硝酸铵快速腐蚀实验、浸泡实验、中性盐雾实验测试了涂层的耐蚀性能,利用SEM、EDS、XRD、Raman等方法观察分析了涂层腐蚀前后的组织形貌以及成分变化,明确了石墨烯在无铬达克罗涂层中的形貌与状态,并结合电化学实验,测试了4种涂层在模拟海水(3.5%(质量分数) NaCl溶液)中的Tafel极化曲线以及电化学阻抗谱,对其结果进行比较且应用相应的等效电路分析了其提高防腐性能的机理。结果表明:在腐蚀过程中Zn最先被消耗,Al与其他物质发生化学反应生成难溶于水的致密腐蚀产物;石墨烯以片状的结构嵌在锌铝粉之间,与片状锌铝粉相互交叠、保持平行,增加了涂层的致密性;加入少量石墨烯能够使无铬达克罗涂层的自腐蚀电位升高,腐蚀电流密度降低;涂层Nyquist低频半径和Bode幅值在同一时间段内的最大值均为0.12%石墨烯增强涂层,耐盐雾能力最佳。石墨烯加强了无铬达克罗涂层机械的壁垒保护作用,延缓了电解质溶液渗入的进程。     

湿固化型石墨烯改性重防腐涂料的性能研究

目的 为延长如输电塔架等金属构件的服役期限,制备一种湿固化型石墨烯改性重防腐涂料,并测试表征和分析漆膜的防腐性能和作用机制。方法 以湿气固化型聚氨酯树脂为主要成膜物,铝鳞片代替传统锌粉为主要防腐填料,石墨烯为改性剂搭配形成复合导电填料体系,借助定位排列剂等助剂制备了湿固化型石墨烯改性重防腐涂料。通过沉降测试、结合强度测试、水接触角测试、电化学测试、扫描电镜（SEM）分析、耐中性盐雾实验等手段,对涂层的常规理化性能、防腐蚀性能及微观形貌进行了表征分析,并探讨了石墨烯-铝鳞片复合填料防护体系的防腐蚀作用机理。结果 定位剂有助于提高涂料的分散性和稳定性,经过石墨烯改性后,重防腐涂层的结合强度、耐盐水性、耐候性等常规理化性能明显提升,固含超过70%,达到高固含的环保要求;水接触角增至115°,涂层疏水性有效改善;中性耐盐雾试验进行1000 h时涂层划痕处有明显的腐蚀迹象,但表面未发生起泡、剥落等缺陷,单边扩蚀小于2 mm,石墨烯质量分数为0.8%的涂层性能达到最佳,耐盐雾时间达5000 h以上,此时涂层湿结合强度仍达到8.3 MPa,电化学腐蚀速率仅为0.011 673 mm/a,耐腐蚀性能优异。结论 石墨烯-铝鳞片复合防护体系的力学性能、机械封闭和阴极保护功能优异,属于一种底面合一的涂料,适用于湿热工业-海洋大气环境的腐蚀防护工作。     

石墨烯导电涂料的研究进展

石墨烯具有超高的导电性、机械性及导热性,是目前研究最广泛的二维纳米材料,石墨烯作为特殊的功能填料,在导电防腐涂料领域得到广泛研究.首先,简要概述了石墨烯的结构特点,特殊晶体结构使其具有优异的物化性能,石墨烯作填料能够利用优异的导电性及片层结构,提升涂料的导电性及防腐蚀性.其次,针对石墨烯在导电涂料应用过程中的具体问题进行了详细说明,添加助剂以及氧化石墨烯功能化改性解决石墨烯的分散性,适量的添加量是影响导电涂料性能的关键因素,复合材料能够减少石墨烯添加量并产生协同作用,制备工艺主要包括溶液混合法、熔融共混法、原位聚合法.然后,阐述了石墨烯导电涂料的导电机理,竞争机理认为掺杂型导电涂料的导电性是由导电通路、隧道效应、场发射三者竞争的结果,结合导电模型分析了导电机理.最后,对石墨烯导电涂料的应用前景进行了展望,从石墨烯的分散方法、机理研究、制备工艺等方向,提出了石墨烯在导电涂料领域的研究建议.     

高氯酸掺杂聚苯胺复合阴极的制备及性能研究

目的 为提高聚苯胺海水电池正极的导电性和放电性能,研究各种制备工艺条件对电极性能的影响。方法 采用电化学的方法,以石墨纸为载体,在高氯酸体系中制备聚苯胺（PANI）/二氧化锰（MnO₂）/氧化石墨烯（GO）复合电极,研究复合电极制备的最优条件。采用X射线衍射仪、红外光谱仪和扫描电镜表征复合电极,采用交流阻抗法、循环伏安法和极化曲线研究电极的电化学性能。结果 石墨纸在室温下经30 mA/cm²的电流密度氧化60min后,在磺基水杨酸（SSA）质量浓度为15g/L,硫酸锰浓度为0.2mol/L的苯胺-高氯酸溶液里以电流密度18mA/cm²聚合20min,可制备出较优的PMGO复合电极,它与镁合金组成海水电池,以200 mA/g恒流放电至1 V,其比能量可达600 W·h/kg。PMGO复合电极的表面微观形貌是由纳米线组成的三维立体网状结构,聚苯胺与二氧化锰成功复合到氧化石墨烯表面。结论 高氯酸体系掺杂的聚苯胺导电性增强,氧化使石墨纸表面形成大量的氧化石墨烯,为苯胺聚合、复合提供大量活性点,复合后电极比表面积增大,与电解液充分...     

石墨烯在防腐防污涂料中的应用进展

石墨烯具有极好的阻隔性能、屏蔽性能及化学稳定性,其在防腐防污涂料中的应用已经被深入研究。介绍了石墨烯对防腐防污涂层性能的影响:降低水、氧气等腐蚀介质的渗透率,加强抗生物附着性,抑制微生物腐蚀。分析了石墨烯在涂料中的应用缺陷及产生原因:极强的范德华力导致石墨烯在涂料中分散性差、易团聚,高化学稳定性及疏水性导致石墨烯与成膜物质结合性差,超高的导电性导致石墨烯膜在失效时加速金属腐蚀。综述了为应对石墨烯在防腐防污涂料中的应用缺陷,国内外学者采用的主要方法:采用改性处理方法制备改性石墨烯(GO、RGO、FG)以及合成石墨烯复合颗粒(石墨烯修饰纳米粒子,即GO-Al2O3颗粒、GO-TiO2颗粒、GO-SiO2颗粒等;树脂负载石墨烯复合填料,即石墨烯/聚苯胺复合填料等)。最后展望了石墨烯及其衍生物在防腐防污涂料中的发展。     

PVD导热涂层的研究综述

首先从导热涂层的应用背景出发,分析了导热涂层研究的必要性,其次探讨了导热涂层的导热机理和影响涂层导热的宏观和微观因素。在此基础上,阐述了PVD导热涂层的研究现状,重点分析了Si C、AlN、DLC三种常见的具有较大应用潜力的PVD导热涂层。声子散射是影响涂层热导率的直接原因,涂层内部同位素、杂质、缺陷及晶界等均会引起声子发生散射,而界面声子散射引起的界面热阻对涂层导热性能影响巨大,通过合理选择制备技术和精确控制工艺参数,在一定程度上能改善涂层的导热性能,提高热导率。在此基础上,笔者提出了离子源辅助高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)的工艺配合,提高涂层质量和致密度,优化界面结构,降低界面热阻,以期实现涂层的高导热性能。     

导电防腐蚀涂层对电网接地体碳钢的防护行为

采用物理混合工艺在电网接地体Q235碳钢表面制备了环氧树脂基导电防腐蚀涂层。通过电化学方法和杂散电流腐蚀试验分别测试了涂层在酸性土壤模拟液和土壤中对碳钢的防护行为。结果表明,Q235碳钢在土壤模拟液中腐蚀严重,导电防腐蚀涂层有效抑制了Q235碳钢的腐蚀,涂层在土壤模拟液中具有良好的稳定性。在10mA直流和100V交流杂散电流土壤中腐蚀1 000h后,涂层显示了良好的耐蚀性。电化学极化曲线表明导电防腐蚀涂层有效提高了Q235碳钢的耐腐蚀性能。     

铱涂层的制备及性能

通过离子镀方法,在难熔金属Mo表面成功制得Ir涂层,制得的Ir涂层呈亮银白色且表面均匀,并分别采用X射线衍射及扫描电镜技术对其结构和微观形貌进行分析。结果显示:涂层均匀致密呈山丘状,无明显缺陷,Ir涂层呈多晶态,并沿(111)晶面优先生长,Ir涂层与基材结合良好,铱涂层抗氧化性能良好。     

导电耐磨自润滑涂层的研究现状与展望

导电耐磨自润滑涂层是一种兼具高导电、高耐磨、低摩擦、耐高温和强韧化于一体的功能涂层,广泛应用于高端装备滑动电接触部件的表面性能提升。近年来,电子通讯、轨道交通和航空航天等领域的快速发展进一步促进了该类涂层的研究与应用。首先重点综述了常用的几种导电耐磨自润滑涂层的制备技术,包括冷喷涂技术、超音速等离子喷涂技术、磁控溅射技术、激光表面改性技术和电镀技术,并总结了各类技术的特点。随后,分析了影响涂层材料导电性能和摩擦磨损性能的主要因素和作用机理,进一步从能量角度探讨了载流摩擦磨损过程中的热量损失,从原子角度与相变角度揭示了材料的载流摩擦磨损机制,介绍了有望用于导电耐磨自润滑涂层的潜在材料体系(MAX相和Magnéli相等)。最后指出,优化涂层质量、研发考核实验设备和探究涂层导电耐磨自润滑机理是该综合防护涂层未来的重点发展方向。     

有机涂层防护性能与失效评价研究进展

简要综述了近年来评价有机涂层防护与失效的宏观与微观电化学方法。介绍了直流电化学极化、电化学阻抗谱(EIS)、电化学噪声(ENM)等宏观电化学测试方法,此类方法主要反映涂装材料的整体防护特性和老化失效规律;而微区电化学测量方法,如局部电化学阻抗(LEIS)、扫描开尔文探针(SKP)、扫描振动电极(SVET)、扫描电化学显微镜(SECM)和原子力显微镜(AFM)等,主要用于涂层局部或微缺陷的检测,以及界面层物理化学变化规律的研究。简述了应用这些方法所取得的成果,对进一步研究涂层失效具有一定指导意义。     

基于石墨烯透明导电薄膜的OLED研究进展

作为透明导电薄膜材料,石墨烯（Graphene）因具有十分优异的力学、光学和电学特性,在未来的柔性光电器件如触摸屏、有机发光二极管（OLED）和有机光伏电池（OPV）中表现出极大的发展潜力和广阔的应用前景。然而,受面电阻大、功函数不匹配以及表面粗糙度等关键因素的影响,基于本征石墨烯薄膜的光电器件的性能较低、稳定性较差,严重阻碍了石墨烯薄膜在柔性光电器件中的发展和应用。主要针对近年来石墨烯透明导电薄膜在OLED中应用的研究进展进行概述,并总结得出可以通过石墨烯薄膜掺杂、表面功函数修饰、清洁无损转移,以及器件结构优化等方法,进一步提高器件的性能。最后分析了石墨烯透明导电薄膜在OLED器件应用中的关键技术瓶颈,并对石墨烯透明导电薄膜在OLED中的应用前景进行了展望。