石墨烯及其衍生物在防腐蚀领域中的研究进展

石墨烯及其衍生物对腐蚀介质具有良好的屏蔽性能.石墨烯化学惰性低、物理性质出色,且其衍生物氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯量子点和氧化石墨烯量子点,具有表面官能团丰富、易于改性以及分散性良好的特点,因此在防腐蚀领域中受到越来越多的科研人员关注.综述了石墨烯耐蚀薄膜和石墨烯衍生物耐蚀复合涂层的研究进展.介绍了"自下而上"和"自上而下"两种石墨烯及其衍生物的主要制备方法,并分别介绍了其在防腐蚀领域中的耐蚀性能和耐蚀机理.概述了石墨烯耐蚀薄膜由于自身的结构缺陷和基体的碳溶解度等原因,造成薄膜无法长期提供防腐蚀保护和不能在众多金属表面直接应用的主要问题,并且针对存在的问题归纳和探讨了新型薄膜制备方法、薄膜结构设计和薄膜参数优化3种主要解决方法.整理了石墨烯衍生物纳米填料在防腐蚀领域中的主要应用方式,包括防腐蚀有机涂料、电沉积和水热法等.还阐述了由于石墨烯纳米填料之间的相互作用力和自身疏水性导致其在涂层内部分散性差的问题,并且分别对氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯/氧化石墨烯量子点3类纳米填料的优缺点和改性方式进行了综合介绍和分析,探究了纳米填料通过共价结合、静电吸附等改性方式在分散性和疏水性等方面上的提升方法,以及通过锌离子和导电聚合物的电化学保护作用在纳米填料复合涂层长期防腐蚀性能上的改善途径.最后,对石墨烯及其衍生物在防腐蚀领域中仍然存在的问题和发展趋势进行了总结和展望.     

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。     

石墨烯在金属防护中的应用与展望

石墨烯(类)材料作为明星材料,是诸多应用领域的研究热点。主要从两个方面综述了石墨烯材料在金属腐蚀防护中的应用研究现状,简要概述了单纯的石墨烯薄膜用于金属防护的发展历程,并对该防护手段的弊端进行了分析与讨论,得出石墨烯薄膜不适合直接覆于金属表面用于防腐蚀的结论。详细介绍了石墨烯复合防护涂层的制备方法与性能,针对将石墨烯类材料作为填料改性防护涂层的研究现状,概括了该防护手段的缺点与改进策略,即通过在氧化石墨烯表面进行分子(硅烷偶联剂、聚合物单体等)修饰和表面覆盖纳米粒子(纳米Si O2、Al2O3、Ti O2颗粒等),达到增强石墨烯材料与防护涂层之间的相容性的目的。在此基础上,提出了"主动防护"的概念,构想出一种以石墨烯材料为基础的新型缓蚀剂纳米存储器,同时提出石墨烯材料的深层防护机制仍亟待解决。最后,立足于整个石墨烯行业,从工业化应用的角度出发,对石墨烯防护技术进行了展望。     

石墨烯在有机防腐涂层领域的应用研究进展

石墨烯凭借其优异的物理阻隔性、化学稳定性、导电性以及良好的力学性能等综合性能,成为防腐涂料领域的研究热点.综述了石墨烯在有机防腐涂层领域的应用研究进展.首先,围绕防腐涂料耐蚀性能和使用寿命的必要条件,从涂层的物理屏蔽性、自修复性、附着力以及阴极保护功效四个决定涂料耐蚀性的重要因素入手,结合石墨烯/氧化石墨烯相匹配的片层屏蔽效应、多活性位点、与基材的结合强度以及导电性等优异特性,对石墨烯在涂层中的作用进行分析.其次,针对石墨烯在涂层应用中所面临的分散性差的问题,对多种分散方式下的研究进展进行了总结,比较了不同分散方式的优缺点.同时,提出石墨烯的有序排列是在充分分散的基础上,进一步提高涂层屏蔽性的方法,发挥其屏蔽性的前提是石墨烯材料呈平行于基材的方向分布,因为垂直或者呈杂乱方向分布的石墨烯/石墨烯衍生物无法满足涂层的结构致密性需求,有悖于屏蔽理念.另外,针对石墨烯在涂层应用中所面临的电偶腐蚀问题,结合石墨烯的分散性,探讨并总结了关于石墨烯在涂料体系中的用量规律,并提出可通过石墨烯的绝缘化以及引入自修复基团来减弱和消除电偶腐蚀效应的建议.最后,从分散稳定性、电化学防腐性、环保性、经济性等方面,进一步总结分析了未来石墨烯在防腐蚀领域中的发展趋势及研究建议.     

金属-石墨烯复合涂层研究进展

对石墨烯与各种材料的复合涂层进行了详细的介绍,主要包括金属-石墨烯复合涂层的制备方式、制备工艺、石墨烯的分散性以及石墨烯的添加对涂层性能的影响.电沉积、化学镀和电刷镀等制备方式都可以获得均匀致密的复合涂层,石墨烯的加入细化了涂层的晶粒,使涂层的微观形貌发生了一定的改变.石墨烯作为第二相粒子添加时,机械超声分散效果较差,一般通过添加表面活性剂再配合机械超声分散的方式来分散石墨烯,表面活性剂中的阴离子活性剂与阳离子活性剂配合使用分散效果较好.另外,还有一种保持石墨烯在溶液中浓度动态平衡的方法也有较好的效果.石墨烯作为第二相粒子加入金属涂层中,增强了金属涂层的导热、导电、耐磨、硬度和耐腐蚀等方面性能.最后,分析展望了金属与石墨烯复合涂层的发展趋势.     

金属表面溶胶-凝胶防腐蚀涂层的研究进展

在各种防腐蚀的方法中,溶胶-凝胶法是一种操作简单、环境友好、成本低廉的表面涂层制备技术,被广泛应用于许多金属材料表面的腐蚀防护上。简单地介绍了溶胶-凝胶法的基本原理以及易改性、易控温、无污染的优点,重点阐述了影响涂层耐腐蚀性能的相关工艺参数,包括水解温度、p H值、陈化时间、反应物浓度、热处理温度等。详细综述了溶胶-凝胶法制备防腐蚀涂层工艺的特点与研究现状,经过单一无机氧化涂层到多元复合涂层的发展,涂层的性能得到提升,应用范围更加广泛。介绍了溶胶-凝胶涂层的3个防腐蚀机理,包括屏蔽作用、缓蚀钝化作用、牺牲阳极保护作用,阐述了涂层的防腐蚀机制,为研究新的防腐蚀工艺提供理论基础。最后,总结了目前防腐蚀涂层研究过程中所遇到的困难,并展望了可能的解决方法,为未来的研究提供了发展方向。     

石墨烯及石墨烯/环氧复合涂层的防腐蚀性能

采用化学气相沉积法(CVD)在铜表面沉积石墨烯薄膜,研究了石墨烯及石墨烯/环氧复合涂层对金属铜的防腐蚀性能。采用透射电镜和拉曼光谱对石墨烯结构进行了表征。借助于Gamry电化学工作站测试样品的电化学阻抗谱。为了增强石墨烯的防腐蚀能力,在石墨烯表面旋涂环氧树脂涂层。结果表明,石墨烯对铜具有一定的保护作用;多层石墨烯在腐蚀初期对铜的防腐蚀效果较好,但到腐蚀中后期,少层数石墨烯的防腐蚀效果优于多层石墨烯;旋涂环氧树脂涂层在一定程度上提高了石墨烯的防护能力。     

石墨烯改性自润滑耐磨涂层的组织与耐磨机理研究

为了降低WC-Co涂层的摩擦系数,采用湿法球磨工艺实现了氧化石墨烯和WC-Co喷涂粉末的均匀混合,基于爆炸喷涂技术制备了氧化石墨烯改性WC-Co涂层。借助XRD、SEM、EDS等手段分析了涂层的氧化石墨烯存在、组织结构形貌、化学成分组成。采用显微硬度计、万能拉伸机及UMT-2摩擦磨损试验机等仪器研究了涂层的力学及摩擦磨损性能。结果表明：氧化石墨烯改性后涂层内均匀分布有片层状氧化石墨烯,涂层组织致密、均匀,结合强度约82MPa,显微硬度为1024HV0.3,氧化石墨烯改性后涂层相比WC-Co涂层摩擦系数降低了30%,氧化石墨烯的添加提高了WC-Co涂层的抗磨、减磨性能。     

氧化石墨烯改性自润滑耐磨涂层的组织与耐磨机理

为了降低WC-Co涂层的摩擦系数,采用湿法球磨工艺实现了氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)和WC-Co喷涂粉末的均匀混合,基于爆炸喷涂技术制备了氧化石墨烯改性WC-Co涂层。借助XRD、SEM、EDS等手段分析了涂层的氧化石墨烯存在、组织结构形貌、化学成分组成。采用显微硬度计、万能拉伸机及UMT-2摩擦磨损试验机等研究了涂层的力学及摩擦磨损性能。结果表明:氧化石墨烯改性后涂层内均匀分布有片层状氧化石墨烯,涂层组织致密、均匀,结合强度约82 MPa,显微硬度HV0。3为10062 MPa,氧化石墨烯改性后涂层相比WC-Co涂层摩擦系数降低了30%,氧化石墨烯的添加提高了WC-Co涂层的抗磨、减磨性能。     

改性氧化石墨烯基环氧富锌涂层的防腐蚀性能

目的 通过添加改性氧化石墨烯,提高环氧富锌涂层的防腐性能.方法 采用对氨基苯磺酸重氮盐、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)以及磺化碳纳米管(SMWCNT)作为改性剂,分别对氧化石墨烯(GO)进行改性处理,并制备改性氧化石墨烯基环氧富锌涂层.采用X-射线衍射谱、傅里叶红外转换光谱和扫描电镜,分析了GO改性前后的结构变化和在涂层中的...     

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。     

高导热涂层制备及其性能研究进展

随着高集成技术、微电子封装技术、大功率LED技术以及超级计算机的迅猛发展,小型化、微型化与轻薄化成为现代及未来电子设备、电子电路的发展潮流,因此对散热要求越来越高.目前电子器件及设备主要应用导热硅脂、导热硅胶及复合材料来实现散热.若在器件及设备上制备一层具有高热导率、耐腐蚀、结合强度良好的导热涂层,可以更好地实现散热.从高导热涂层的应用背景及导热涂层的特点出发,阐述了制备方法和材料体系不同的三大类高导热涂层,重点介绍了以喷涂技术、磁控溅射技术、涂料技术制备高导热涂层的研究进展.对比这几种导热涂层制备技术可以发现,因为空气是热的不良导体,基于冷喷涂技术制备的涂层孔隙率低的特点,加之对涂层进行热处理后会更加致密,所以冷喷涂技术制备的导热涂层具有较高的热导率.但目前的喷涂粉末具有导电性,因此喷涂在电路及电器设备上应用还不够成熟.基于冷喷涂技术制备绝缘、高导热涂层,提高器件设备的导热性能,还有待进一步探索.     

石墨烯基涂层的性质及在抗菌和组织工程中的应用

石墨烯材料--石墨烯纳米片(Graphene nanoflakes,GFs)、氧化石墨烯(GO)或还原氧化石墨烯(rGO)、化学气相沉积技术制备的石墨烯膜(CVD-G),自问世起,迅速成为社会各界广泛关注的新型碳纳米材料。通过转移方法或者溶剂助技术,可以将CVD-G和表面含有亲水基团的GFs或GO涂覆于基体表面,形成石墨烯基涂层,涂层以其独特的形貌、结构、物理化学性质,呈现出良好的抗菌活性和细胞外基质特点,显著影响细胞的粘附、增殖和分化等行为。经过近十年的研究,生物活性石墨烯基涂层材料在细胞培养、细胞生长、组织工程支架和生物医疗器械中展示出巨大的应用潜力。着重围绕石墨烯涂层的成分和制备方法,总结具有抗菌活性的石墨烯材料所取得的重要成果与最新进展,围绕石墨烯基二维涂层(涂覆于基底的二维表面)和石墨烯基三维结构(基底为三维支架)对多种哺乳细胞的相容性和细胞行为调控,综述了石墨烯材料在组织工程支架和植入体表面改性中的研究进展,提出了生物活性石墨烯基涂层的研制方向与应用展望等。     

石墨烯纳米碎片(Gnps)复合涂层的制备及其耐蚀性

以高级工程塑料聚醚酰亚胺(PEI)为基料制备了石墨烯纳米碎片(Gnps)复合防腐蚀涂料。采用光学照相机和接触角测定仪表征了涂层的物理性能。采用扫描电镜(SEM)观察复合涂层的表面形貌,采用能谱分析Gnps在复合涂层中的分布情况。利用浸泡试验和电化学技术研究了含不同量Gnps的PEI基复合防腐蚀涂层对Q235B钢在3.5%NaCl(质量分数)溶液中耐蚀性的影响。结果表明:加入Gnps能明显改善PEI基防腐蚀涂层的耐蚀性,当Gnps的质量分数为1%时,涂层的耐蚀性最好。     

不同比表面积石墨烯对水性环氧富锌防腐蚀涂层性能的影响

通过扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜等对不同比表面积的石墨烯进行了表征。通过中性盐雾试验探究石墨烯的比表面积和添加量对水性环氧富锌涂层防腐蚀性能的影响。结果表明:经过石墨烯改性的防腐蚀涂层,其耐中性盐雾腐蚀性能有显著提升,且随着石墨烯比表面积的增加,涂层的防腐蚀性能先提高后趋于稳定;当比表面积为500m~2/g且添加量为0.7%时,石墨烯改性水性环氧富锌防腐蚀涂层的耐中性盐雾腐蚀时间达到2 000h以上。     

石墨烯增强金属基复合材料制备方法的研究进展

石墨烯是一种新型的二维碳材料,具有优异的力学性能、电学性能以及导热性能,被视作理想的复合材料增强体之一。目前石墨烯/复合材料的制备与加工已经成为科研领域中非常重要的研究方向,同时石墨烯增强金属基复合材料在制备以及加工过程中已经取得很多进展。本文综述了石墨烯增强金属基复合材料的制备方法,归纳了粉末冶金法、电化学法以及其它多种方法的研究现状、应用现状以及未来的发展趋势。     

石墨烯纳米复合涂层在纤维织物表面的制备与应用进展

石墨烯因其导电性能优异、比表面积大、杨氏模量高等独特性能受到科研人员的广泛关注,将石墨烯应用于纤维表面改性以赋予纤维织物导电、紫外线防护、电磁屏蔽等性能,是目前的主要研法目标。以石墨烯基复合涂层纤维织物制得的材料在医疗器械,电子器件,传感器领域都呈现巨大的应用前景。从机理、制备方法、性能与应用等三个方面介绍了石墨烯基纳米复合涂层,并阐述了石墨烯基纳米复合涂层的作用机理。归纳了石墨烯纳米复合涂层纤维与织物的制备方法,其中,浸渍法具有操作简便、污染小、耗能小、重复性好等优势,且通过壳聚糖、牛血清蛋白、聚氨酯等方法改性纤维织物表面,能增强石墨烯涂层与基底牢固性,提高石墨烯基纳米复合涂层的综合性能。总结了石墨烯基纳米复合涂层纤维与织物在电磁屏蔽材料、疏水材料、柔性电极、超级电容、传感器等方面的应用研究现状,并对其发展进行了展望。     

镁合金有机涂层体系研究现状及发展趋势

叙述了镁合金的优缺点、镁合金的防腐蚀策略、镁合金常用的有机涂料和预处理工艺.介绍了几种镁合金有机涂层体系(包括化学转化/有机涂层体系、微弧氧化/有机涂层体系、复合有机涂层体系等)的特点及研究现状.指出了今后镁合金有机涂层体系的发展趋势.     

高导热物质对水性环氧富锌涂料腐蚀行为的影响

通过电化学阻抗谱(EIS)研究了高导热物质对水性环氧富锌涂层防腐蚀性能的影响。采用3D激光显微镜对EIS试验后试样的表面形貌和粗糙度进行了分析,采用盐雾试验进一步分析了含不同量高导热物质涂层的防护性能。结果表明：高导热物质添加量为1%～4%时,涂层孔隙率低,浸泡初期具有优异的抗渗性能;高导热物质添加量为8%的涂层孔隙率较高,阻抗值较低,粗糙度较大,防护性能较差;高导热物质添加量为1%的涂层具有最为优异的防腐蚀性能。     

色氨酸功能化石墨烯改性水性环氧涂层的耐蚀行为研究

目的 提高石墨烯在有机涂层中的分散性,并赋予其一定的功能性,制备一种方法简单、环境友好、成本低廉的水性环氧复合涂层。方法 以氧化石墨烯为原料,以1-(3-二甲胺基丙基)-3-乙基碳二亚胺（EDC）为缩合剂,在常温下经酰胺化反应将天然缓蚀剂色氨酸接枝到氧化石墨烯表面。再利用水合肼将其部分还原,得到色氨酸功能化的石墨烯,并成功分散至水性环氧涂层中,制备出色氨酸功能化石墨烯/环氧复合涂层。选用红外光谱仪、拉曼光谱仪、扫描电镜及透射电镜对功能化石墨烯的片层结构和微观形貌进行分析;利用电化学工作站对复合涂层在3.5%NaCl溶液中的耐蚀行为进行评价。结果 色氨酸分子成功接枝在氧化石墨烯表面,且功能化的石墨烯在无水乙醇及水性树脂中表现出优异的分散性。在防护性能方面,较之于空白样及未改性石墨烯/环氧复合涂层,在浸泡40 d后,功能化石墨烯基复合涂层表现出最高的阻抗模值（107 Ω?cm2）及电荷转移电阻值。同时,在所有涂层中,经功能化石墨烯复合涂层覆盖后,金属基底表现出最为轻微的腐蚀。结论 功能性的石墨烯添加至水性环氧涂层中可以显著提高涂层的耐腐蚀性能。