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寧波材料所在高性能石墨烯陰極防腐涂層領域取得進展
作者:,日期:2019-04-01

  石墨烯是一種理想的二維納米類防腐填料。近年來,由于石墨烯材料規模化制備技術的不斷發展,石墨烯涂料在防腐領域引起了廣泛的研究興趣。大量研究發現,由于超疏水和“迷宮效應”的協同作用,石墨烯聚合物復合涂層具有比傳統聚合物涂層更佳優異的防護性能。

  雖然石墨烯材料的防腐研究取得了一定的進展,但相關理論研究和技術開發在整體上仍處于初步探索階段,存在許多亟需改進或突破的地方。具體而言,石墨烯雖然是理想的防腐材料,在設備防腐領域具有明顯的優勢及廣泛的應用前景,然而“陰極腐蝕促進活性”極大地限制了石墨烯防腐技術的發展,需要尋求有效的抑制活性方法突破這一限制。

  中國科學院寧波材料技術與工程研究所先進涂料與粘合劑團隊針對石墨烯/聚合物復合防腐涂層破損后會加速金屬基體腐蝕這一隱患,分別采用生物質呋喃環氧單體通過DA反應對石墨烯進行表面封裝(如圖1,FmG的制備),實現了石墨烯/環氧涂層的長效防腐。而且,由于存在活性鏈段,FmG可有效提高與環氧基體之間的界面相容性,改善涂層致密性,并極大地增強氧氣或水蒸氣等物質透過涂層的“迷宮”效應,延緩涂層的失效。電化學測試表明,FmG材料具有優良的防護性能,復合涂層電阻相對空白涂層増加了3-4個數量級。結合機理研究,表明采用絕緣改性“鈍化”石墨烯也可以有效地抑制“陰極腐蝕促進活性”(如圖2)。相關工作發表在Carbon, 2018, 138, 197-206。

  上述研究工作獲得寧波市石墨烯重大專項項目(2017D10022)和寧波市國際人才項目(2016S1003)等的資助。

圖1 (a)通過DA反應制備FmG的機理,(b)FmG產物,(c)呋喃環氧單體,(d)改性前后FmG在溶劑中的分散效果對比

 

圖2 不同涂層體系的腐蝕機理:(a)純環氧涂層,(b)未改性石墨烯/環氧涂層,(c)FmG/環氧涂層。

  (表面事業部 丁紀恒)

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