石墨烯防腐涂层"腐蚀促进行为"解决策略的研究进展

石墨烯凭借其良好的力学性能、高的长径比以及优异的不可渗透性,在涂层防护领域得到了人们的广泛青睐.然而,由于石墨烯超高导电性引起的"腐蚀促进行为",限制了其在防腐涂料领域的进一步发展.综述了石墨烯的腐蚀促进行为对涂层防腐性能的影响,以及解决石墨烯腐蚀促进行为的策略.首先,概述了石墨烯的结构特点及其在防腐涂料领域应用过程中存在"微电偶腐蚀"的问题;其次,从3个方面(改善涂层的屏蔽性能、增强涂层的力学性能、改善涂层的阴极保护作用)对石墨烯的防腐机理进行了阐述;最后,从石墨烯的导电性、电势以及氧还原催化活性等角度,对其腐蚀促进行为的机理进行了分析.针对石墨烯在防腐涂层领域应用过程中存在"微电偶腐蚀"的问题,重点归纳了石墨烯表面绝缘化,石墨烯面内掺杂N、B、F等原子、开发石墨烯富锌涂层,设计石墨烯基自修复功能涂层,以及寻找h-BN等类石墨烯结构的二维纳米材料等多种解决策略,并对以上所有解决策略的最新研究进展进行了全面的综述.最后,展望了石墨烯在防腐涂料领域的发展趋势及主要研究方向.     

石墨烯基防腐涂层研究进展

自石墨烯发现以来,其优异的导电性、力学性能、热导性、光学性能等吸引了研究学者的广泛关注。此外,石墨烯稳定的sp2杂化结构使其自身具有良好的化学惰性、抗氧化能力和抗渗透性,被认为是一种理想的防腐材料,在金属材料的防腐领域具有非常大的应用前景。基于此,综述了石墨烯防护薄膜和石墨烯/有机涂层在金属腐蚀防护领域的研究进展,并从分散角度阐述了石墨烯的功能化对有机涂层防腐性能的影响;同时归纳了石墨烯的高导电性对有机涂层防护性能的影响以及防护机理。最后展望了石墨烯薄膜和石墨烯有机涂层在金属腐蚀防护应用方面面临的一系列难题以及发展方向。     

智能防腐涂层的研究进展及其在国内核电领域的应用前景

介绍了外援型自修复涂层的修复机理,针对涂层缺陷修复不理想的问题,提出优化措施。总结了本征型自修复涂层的修复机理、存在的问题及优化措施。分析了智能防腐涂层在国内核电领域的应用前景和需要开展的应用研究。对智能防腐涂层未来的发展方向进行了展望。     

石墨烯改性重防腐涂料在世界最高输电铁塔的防腐应用

针对世界第一380 m输电铁塔在临海海洋大气腐蚀环境的防腐耐候需求,设计石墨烯改性重防腐涂料体系 (包括环氧石墨烯防腐底漆、环氧石墨烯阻隔中间漆和氟碳耐候面漆,其中氟碳面漆采用红白相间颜色,具有防腐和航空标识功能) 对输电铁塔进行防护涂装。通过实验室配方优化、石墨烯改性重防腐涂料性能检测和示范工程涂装,最终定型涂料配方体系。同时针对临海环境室外涂装工况,介绍石墨烯改性重防腐涂料在铁塔镀锌管件的施工工艺和施工经验。     

石墨烯在涂镀层防腐领域的应用研究及进展

石墨烯作为新型材料,具有优异的化学稳定性、极好的导电性及可增强树脂附着力和无二次污染等综合性能,成为诸多工业应用领域的研究热点。首先,简要概述了近年来石墨烯分散性的发展历程,分散方法主要以物理和化学分散法为主,并对两种方法的弊端进行了分析和讨论,得出两种方法在分散过程中都会引入缺陷及结构受损。其次,概述了石墨烯的两种防腐机理,第一种机理是石墨烯片状结构堆叠形成致密物理阻隔层,第二种机理是依靠石墨烯良好的导电性,给涂镀层提供良好的导电循环通路,赋予涂镀层良好的电化学保护性能。然后,对石墨烯在薄膜防腐领域和水性有机防腐涂料功能化填料应用等方面进行了详细介绍,比较了各类复合涂料制备方法的优缺点并提出了改进策略,分析得到了石墨烯增强有机涂料附着力的同时,还提升了有机涂料的物理屏蔽性能、力学性能和防腐性能。另外,介绍了石墨烯作为增强相在金属微粉镀层中的应用,通过电沉积和化学沉积法,在基体表面沉积石墨烯金属微粉复合镀层,复合镀层中的石墨烯具有极好的化学稳定性,抑制了镀层的腐蚀速率。最后,基于上述石墨烯在涂镀层中的作用及机械镀工艺,提出了"石墨烯-锌"的研究概念,并从分散稳定性、环保性、经济性、适用范围、产业标准化等方向,提出了石墨烯在防腐材料领域里的发展趋势及研究建议。     

铜合金表面防腐涂层研究进展

综合分析了影响铜合金腐蚀行为的主要因素,系统总结了铜合金表面防腐涂层的种类,特点及最新研究进展,重点介绍了自组装单分子膜和石墨烯涂层,并提出了铜合金表面防腐涂层未来的发展方向.     

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。     

石墨烯/氟碳涂层的制备及其耐蚀性能

目的为了增强氟碳涂层的耐蚀性,研究涂层在3.5%NaCl溶液中的失效过程。方法采用硅烷偶联剂对石墨烯进行接枝改性,将改性后的石墨烯添加到氟碳树脂中,制成不同含量的石墨烯氟碳复合涂层。采用傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱、透射电镜和扫描电镜,分析了石墨烯改性前后的结构及在涂层中的分散性。采用交流阻抗谱和动电位极化曲线,研究了涂层在模拟海水中的电化学腐蚀行为和失效过程,并考察了涂层的耐盐雾性能。结果石墨烯表面成功接枝官能团,在涂层中分散较均匀。石墨烯对腐蚀介质具有良好的屏障作用。涂层的防护性能随着石墨烯含量的增大先增加后降低,当含量为0.4%(质量分数)时,涂层的腐蚀电流密度为2.209×10~(–10) A/cm~2,氟碳涂层的腐蚀电流密度为6.026×10~(–6) A/cm~2,腐蚀电流密度大大降低,该涂层的耐蚀性能最好,且浸泡360 h内均为浸泡前期,能有效隔绝腐蚀液体的渗透,对Q235钢基底的防护性能最佳。石墨烯含量过高时易团聚,容易引起缺陷,降低涂层的防护作用。结论石墨烯显著提高了氟碳涂层的耐蚀性能。     

有机涂层的海水腐蚀性能研究

介绍了铸铁材料表面刷涂五种有机涂层在静海全浸区进行不腐蚀性能测试，并重点分析了涂层材料的性能对其耐蚀性的影响。结果表明：704／842／546环氧沥青漆、702／846／546环氧沥青漆复合涂层体系有优良的耐静海海水腐蚀性能。     

石墨烯防腐涂层对油罐沉积水的防腐机制研究

目的探究石墨烯基防护涂层/碳钢体系在原油储罐沉积水中的防护机制。方法以实际原油储罐的沉积水为腐蚀介质,以自制石墨烯底漆和石墨烯面漆为防护涂层体系,采用交流阻抗谱、动电位极化曲线,结合盐雾实验探究石墨烯涂层体系在沉积水中的腐蚀行为和失效衍化机制。结果石墨烯底漆在浸泡初期对碳钢具有一定的防护效果,随着浸泡时间的延长,水分子逐渐渗透涂层,涂层逐渐失效。采用石墨烯面漆和石墨烯底漆搭配,可显著提高涂层对碳钢在沉积水中的防护性能,浸泡46 d后,涂层电阻仍为162 M?·cm。结论石墨烯底漆和石墨烯面漆涂层体系对储罐底板在沉积水中具有良好的防护性能,研究成果对油罐底板涂层防护选材具有理论指导意义。     

新型碳纳米材料用于有机防腐涂层的研究进展

综述了碳纳米材料用于腐蚀防护中的研究进展,重点介绍了几种碳纳米材料,包括富勒烯、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、石墨炔以及碳点.碳纳米材料具有优异润滑性能、导电导热性能和屏蔽性能等,在涂层防护领域具有广阔应用前景.具有二维片层结构的碳纳米材料,可在涂层内部构建多重高效屏障,有效提升涂层的屏蔽性能.碳纳米材料的表面存在负电荷,可有效地抑制氯离子和氢氧根离子的渗透过程,降低涂层与金属界面间的阴离子浓度,减缓涂层与金属界面发生腐蚀的几率.碳纳米材料本身具有润滑性能,可实现减摩,提升涂层的耐磨性能.此外,对碳纳米材料涂层的制备、性能及防腐机理等进行了详细阐述,对碳纳米材料在有机防腐涂层中的发展前景进行了展望.     

石墨烯防腐涂料研究进展

介绍了石墨烯的结构、性能及制备方法,概述了石墨烯防腐涂料的防腐机理,并从石墨烯薄膜防腐涂料和石墨烯复合防腐涂料两个方向对石墨烯防腐涂料的研究进展进行论述,同时对石墨烯防腐涂料研究上存在的问题进行总结,并对石墨烯防腐涂料未来发展方向进行了展望。     

Research Progress of Modified Polyaniline in Anticorrosive CoatingsEI北大核心CSCD

聚苯胺因其可逆的氧化还原特性在金属腐蚀与防护领域具有广阔的应用前景,目前有关改性聚苯胺对涂层附着力、阻隔性能以及钝化机理的研究比较零散,缺乏系统总结。通过对单一聚苯胺分散性差、疏水性弱等缺陷的分析,报道近年来改性聚苯胺在防腐涂料领域中的研究思路和研究进展,比较不同条件下改性策略的优劣,归纳聚苯胺结构与涂层耐腐蚀性之间存在的联系。进一步论证柔性、疏水基团取代聚苯胺有利于提升涂层抗渗性,改变掺杂剂以及与纳米氧化物、石墨烯等原位聚合制备复合填料也是提升涂层防腐性能的有效途径。展望该行业未来研究和发展的趋势,可为今后聚苯胺的改性工作提供理论指导。     

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。     

石墨烯/偏钒酸钠/有机硅氧烷改性树脂复合防腐蚀涂层研究

目的研究石墨烯/偏钒酸钠/有机硅氧烷改性树脂复合防腐蚀涂层对碳钢板的防腐性能。方法采用高分子辅助电化学法合成具有优异水分散性的功能化石墨烯,并将其加入到偏钒酸钠/有机硅氧烷改性树脂涂层中,用于碳钢板的表面防腐。通过透射电镜、拉曼光谱和纳米粒度仪对石墨烯的结构和水分散性进行了表征。利用Tafel曲线、电化学阻抗谱和硫酸铜点滴试验,研究了石墨烯/偏钒酸钠/有机硅氧烷改性树脂复合涂层的耐蚀性能。结果透射电镜和拉曼光谱分析表明成功制备了石墨烯,且石墨烯的Zeta电位值约为-50 m V,赋予了石墨烯优异的水分散性。Tafel曲线测试显示,相对于偏钒酸钠/有机硅氧烷改性树脂复合涂层,加入石墨烯后,复合涂层的腐蚀电流密度明显下降,当石墨烯含量为0.10%(占有机硅氧烷改性树脂的质量百分比)时,腐蚀电流密度下降至0.554×10-6 A/cm2。电化学阻抗谱测试中,石墨烯含量为0.10%的复合涂层的阻抗值最大,表现出良好的抗腐蚀性能。结论所制备石墨烯的加入能够提高石墨烯/偏钒酸钠/有机硅氧烷改性树脂复合涂层对腐蚀因素(水和氧气)的阻隔作用,使复合涂层具有优异的耐蚀性能。     

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。