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。     

石墨烯/生漆复合抗静电涂层的制备与性能

分别以碳系材料石墨烯、炭黑、石墨为导电填料,生漆复合物为基材制备生漆复合抗静电涂层,讨论了导电填料含量对涂层导电性与力学性能的影响,并用扫描电镜(SEM)和热重分析仪(TGA)对涂层进行分析。结果表明:当导电填料石墨烯、炭黑、石墨的添加量分别为0.6%、15%、15%时,涂层具备抗静电能力。石墨烯复合涂层的附着力为0级、柔韧性1mm、耐冲击性50cm,优于未加填料的涂层以及添加石墨、炭黑为导电填料的复合涂层。同时,石墨烯复合涂层的耐介质性能以及耐热性能均表现优异。     

石墨烯导电防腐涂料的制备和性能评价研究

目的 制备一种石墨烯基导电防腐涂料,评价和分析涂料的长效防腐机理和导电机制。 方法 以环氧树脂为主要成膜物质,通过导电填料和防腐填料搭配并配方优化,制备新型石墨烯导电防腐涂料。通过基本性能的检测、电化学工作站测试、中性盐雾实验、实地埋样试验及大电流冲击实验,探究导电防腐涂层的防腐机理和失效衍化过程,并考察涂层的电气性能。结果 制备的导电防腐涂料不仅基本性能（附着力、耐冲击性及涂层结合强度）优异,还具有优异的耐水、耐中性盐雾和耐化学品性,经盐雾实验1500 h测试后,涂层完整且湿附着力仍表现良好。电化学系统测试表明,在3.5%NaCl溶液中浸泡60 d后,涂层仍具有较好的防护性能。涂层的体积电阻率和表面接触电阻分别为0.21 Ω×cm和6.32 Ω×cm2。经5 kA大电流冲击试验5次后,未发现涂层开裂、剥落和烧毁等情况,表明若干次大电流冲击对导电防腐涂层无明显影响。 结论 该配方的导电防腐涂料具有较好的耐蚀性及电气性能。     

石墨烯增强铜基复合材料的制备技术及发展

石墨烯由于其独特的二维结构和优异的物化性能,在改善复合材料的力学性能、电学性能和热学性能等方面具有很大的潜力,已成为金属基复合材料较理想的增强体。铜合金具有优异的导电导热性能和良好的延展性,但是其强度较低、不耐磨及高温下易变形的特点阻碍了其应用和发展。因此,结合石墨烯和铜的性能特点,将石墨烯作为增强体添加到铜中,制备性能优异的石墨烯增强铜基复合材料成为目前研究的热点之一。综述了目前石墨烯增强铜基复合材料的制备方法,并对各方法的特点进行了分析比较,提出未来可采用的制备工艺的方向以及在制备过程中面临的问题和挑战,并对其未来的研究方向进行了展望。     

石墨烯增强轻金属基复合材料的研究进展

石墨烯由于具有优异的综合性能(导电、导热和机械性能),被认为是制备先进金属基复合材料的理想增强相。综述了石墨烯增强轻金属基复合材料在制备工艺、力学性能及物理性能方面的研究进展,并讨论了石墨烯在金属基体中的强韧化机制,分析了石墨烯金属基复合材料在制备过程中的难题,总结了添加石墨烯对于不同轻金属基体的力学性能的改善情况,展望了今后轻金属基石墨烯复合材料的研究方向。     

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。     

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.     

石墨烯缺陷及其对电子结构和储锂性能的影响

锂离子电池因其优异的电化学性能和力学性能受到人们的广泛关注。虽然这些电池已经被广泛使用和商业化,但研究人员仍在对其电极材料和技术进行广泛的研究,以提高其安全性、寿命、比容量、能量密度以及降低成本等。石墨烯由于其开放的层结构、特殊的电子结构和优异的导电性而广泛应用于锂离子电池的负极材料。本文从石墨烯的微观结构出发,介绍石墨烯中的缺陷对石墨烯电子结构和储锂性能的影响以及相关研究的最新进展,阐明石墨烯微结构和电子结构与作为锂离子电池负极材料的电化学性能之间的关系。此外,还对石墨烯负极材料当前存在的问题及未来的研究方向进行总结,为锂离子电池的发展和应用提供指导。     

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。     

石墨烯减摩抗磨涂层技术研究现状

石墨烯特殊的晶体结构决定了其优异的物理、化学性能,在机械零件减摩抗磨领域具有非常重要的应用前景。首先简要介绍了石墨烯的结构特征、物理性能及分散改性方法,指出目前的分散改性方法以物理分散法和化学分散法为主,但分别存在分散效率低和可能引入缺陷的局限性。然后,概述了石墨烯的微观和宏观减摩机理,分别为面外褶皱机理和类石墨的层间滑移机理。此外石墨烯优良的耐蚀性也有助于提升其在腐蚀工况下的减摩抗磨性能。在此基础上,重点对各类石墨烯减摩抗磨涂层制备方法进行了详细介绍,主要有分散滴涂法、化学气相沉积法、电沉积法等,分析讨论了不同制备方法的优缺点,由于电沉积法工艺简单且可控性好,是极具发展潜力的石墨烯涂层制备方法。最后,针对石墨烯减摩抗磨涂层制备和应用中的问题,对石墨烯减摩抗磨涂层设计-制备-应用方向进行了展望,提出了应重点从提升石墨烯分散稳定性、经济适用性、生产标准化、严苛工况适应性四个方面着手大力开展研究。     

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。     

轻质CB/RGO复合涂层的制备及其吸波性能研究

目的制备吸波性能优异的碳基复合吸波涂层。方法采用液相法在导电炭黑(CB)体系中原位生长还原氧化石墨烯(RGO)材料,合成了CB/RGO复合吸收剂,并以环氧树脂为基体制备了CB/RGO复合涂层。利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对制备的CB/RGO复合吸收剂进行微观结构表征,研究了吸收剂填充量和厚度对涂层电磁性能的影响规律。结果微观结构分析表明,CB以一种类似“葡萄状”的结构形态附着在石墨烯片层之间,在其表面实现包覆性生长,分散均匀且具有较好的附着力;制备的CB/RGO复合涂层质地均匀,密度仅为1.1 g/cm^3,兼具轻质柔性的特征。微波反射率测试结果显示,在高填充量3.0%和3.7%下,涂层均未表现出明显的强电磁吸收能力,而在低填充量1.6%和2.3%下,涂层表现出十分优异的微波吸收性能。结论当填充量为2.3%、厚度为1.9 mm时,涂层表现出最佳的吸波性能,最大吸波强度为−17.1 dB,有效吸波频宽达到6.63 GHz,覆盖整个测量频段的66.3%,显示出良好的宽频吸波性能。另外,当厚度为2.5 mm时,填充量为2.3%的涂层实现了雷达波在X波段的微波全吸收。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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.     

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.