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甯波材料所在抑制石墨烯腐蝕促進行為方面取得進展

石墨烯是一種二維納米材料,具有良好的力學性能、高的長徑比及優異的阻隔性能,近年來在有機腐蝕防護塗層領域得到了廣泛關注。然而,石墨烯和塗層基體樹脂的界面相容性較差,進而導緻塗層微孔、微裂紋等缺陷,同時,石墨烯的高導電性可能引起電偶腐蝕也限制了其進一步應用。美國西北大學黃嘉興從電化學電位角度強調石墨烯在腐蝕過程中做正極,會加速金屬的腐蝕。解決這一問題可采取以下應對措施:①研發石墨烯-聚合物複合塗層;② 在石墨烯中添加負極材料;③實現石墨烯塗層的自愈,抑制局部腐蝕(Nat. Nanotechnol., 2017, 12, 834-835.)。

圖1 塗層電化學腐蝕原理及過程(來源:Nat. Nanotech.)

日前,中國科學院甯波材料技術與工程研究所海洋功能材料團隊指導的有機功能塗層小組通過絕緣封裝、表面鈍化來抑制石墨烯的腐蝕促進行為,開發出一種可自行恢複其原有的防腐作用的石墨烯改性有機塗層技術,可延長塗層使用壽命,具有巨大的經濟價值和發展空間。

該塗層采用旋塗技術,可在金屬材料表面塗覆,塗層防腐效果明顯,物理化學性能穩定。塗層修複劑采用層狀雙金屬氫氧化物(LDH)将分子體積小的可溶性導電聚合物聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)固定在層間,同時與石墨烯進行靜電組裝,提高石墨烯的靈活性與分散性。該材料的絕緣表面有效避免了石墨烯-金屬基底及石墨烯片層間接觸所引發的腐蝕促進現象,通過抑制界面處的電荷傳輸,有效提高了塗層的耐腐蝕性能,這将有利于實現複合塗層對金屬基底的長效腐蝕防護。另一方面,當塗層産生缺陷後,缺陷處的腐蝕性介質滲透産生的鎂離子PEDOT/PSS發生離子交聯,在一定程度上修補塗層缺陷,阻止腐蝕反應的進一步發生,具有一定的自修複性能。相關工作發表在Mater. Chem. Front., 2019, 3, 321-330,并申請了國家發明專利(CN2010050740.9)。

圖2 (a)石墨烯絕緣封裝材料制備示意圖;(b,c,d)不同塗層缺陷處的局部交流阻抗分布與(e) 修複機理

上述研究工作獲得國家傑出青年科學基金(5182550)、中科院前沿科學研究計劃(QYZDY-SSW-JSC009)以及浙江省自然科學基金(Y16B040008)等的資助。

本文來自甯波材料所,本文觀點不代表利特納米立場,轉載請聯系原作者。

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