一、石墨烯及石墨烯防腐涂料
石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的二維片狀結(jié)構(gòu)材料，其結(jié)構(gòu)與石墨類似，為二維的 蜂窩狀六角晶體結(jié)構(gòu)。由于石墨烯中只有鍵長為0 .142nm的C-C共價(jià)鍵，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且具有優(yōu)良的柔韌性，因此，使得石墨烯具有質(zhì)輕、高輕度，良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，透光性好和熱穩(wěn) 定性好等特點(diǎn)。作為21世紀(jì)收人矚目的新型材料之一，石墨烯正在給社會(huì)帶來革命性巨變， 在全球研究熱度持續(xù)升溫。對(duì)石墨烯的應(yīng)用也勾畫出豐富多彩的美景。
傳統(tǒng)富鋅底漆是目前防腐領(lǐng)域最常用的防銹底漆，富鋅底漆噴涂在經(jīng)過噴砂、拋丸的基材表面，鐵和鋅互為陰陽極，形成一個(gè)腐蝕的微電池單元，鋅的電位低，優(yōu)先腐蝕鋅，但鋅比鐵更難腐蝕，起到了陰極保護(hù)的作用。
石墨烯的就是單層石墨，是一個(gè)蜂窩狀的二維材料，烯的意思就是碳碳雙鍵，各碳原子之間以sp2雜化方式相連，C-C之間夾角為120度。石墨烯的厚度大約是0.355納米，一毫米石墨約等于150萬層石墨烯疊加在一起，石墨烯是已知最薄、最輕的材料。目前行業(yè)內(nèi)通常10層以下碳納米材料，稱為石墨烯材料。
二、石墨烯涂料防腐性能原理
石墨烯鋅粉涂料是由石墨烯材料、鋅粉、無機(jī)或有機(jī)漆基等組成的涂料。石墨烯鋅粉涂料是傳統(tǒng)環(huán)氧富鋅涂料的技術(shù)升級(jí)替代。
1、導(dǎo)電搭橋、陰極保護(hù)性、片狀屏蔽效應(yīng)機(jī)理
普通富鋅防腐涂料和石墨烯改性防腐涂料的防腐機(jī)理如圖1和圖2所示。
1） 石墨烯為片層結(jié)構(gòu)， 分散良好的石墨烯可以以二維片層結(jié)構(gòu)在涂料中進(jìn)行層層堆疊， 填充到防腐涂料的孔洞中， 形成類似迷宮的防腐蝕結(jié)構(gòu)。 這些類似于“鱗片”的石墨烯， 可以把涂層分成很多隔間， 使得涂層里的氣泡或者裂紋無法進(jìn)一步擴(kuò)展， 降低了金屬基體的腐蝕速率。
2） 在石墨烯的表面效應(yīng)的作用下， 石墨烯與水的接觸角較大， 具有較好的疏水性， 環(huán)境中的氧氣、氯離子以及水分子等腐蝕因子很難通過這層致密的
腐蝕隔絕層， 從而起到優(yōu)異的物理阻隔作用。
3）海水中金屬發(fā)生腐蝕的原電池反應(yīng)為：
在涂層中加入石墨烯后， 石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)電性可以把溶液中 Fe 失去的電子傳到涂層的表面。 這樣就會(huì)使陰極反應(yīng)轉(zhuǎn)移到涂層的表面，反應(yīng)生成的OH－
絕大多數(shù)都會(huì)停留在涂層表面， 很難與與陽極生成的Fe 3+ 生成 Fe(OH) 3 ， 從而避免了 Fe 3+ 的沉淀。 同時(shí) Fe 3+的不斷積累， 阻礙了陽極反應(yīng)的進(jìn)行， 使得電化學(xué)的腐蝕速度降低。
2、機(jī)械性能好
石墨烯層與層之間有良好的潤滑作用，其片層結(jié)構(gòu)可以將涂層分割成許多小區(qū)間，能夠有效地降低涂層內(nèi)部應(yīng)力，消耗斷裂能量，進(jìn)而提高涂層的柔韌性、抗沖擊性。
3、耐磨作用
石墨烯具有良好的力學(xué)性能，普通的樹脂涂層抵御劃痕的能力較差，石墨烯的摻入使得復(fù)合涂層具有優(yōu)異的彈性和抵抗變形的能力，增強(qiáng)了復(fù)合涂層的硬 度，在磨損過程中，石墨烯形成了滑移層且摩擦熱被迅 速轉(zhuǎn)移散發(fā)，因此增強(qiáng)了涂層的耐磨性，石墨烯樹脂復(fù)合涂層可持久避免涂層出現(xiàn)局部破損，延長涂層的使用壽命。
三、石墨烯防腐涂料展望
國外在針對(duì)海洋腐蝕環(huán)境的石墨烯防腐蝕涂料的作用機(jī)理、 體系設(shè)計(jì)、 產(chǎn)品制備及工程應(yīng)用方面積累了較多的技術(shù)基礎(chǔ)和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。國內(nèi)相關(guān)研究雖然起步較早，但對(duì)石墨烯防海洋環(huán)境腐蝕的性能、 規(guī)律、機(jī)理仍不明確，亟需加快開展基礎(chǔ)理論及應(yīng)用技術(shù)研究工作，縮小與國外先進(jìn)水平的差距。
目前石墨烯涂料的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾方面：石墨烯在涂料中的分散技術(shù)的創(chuàng)新，進(jìn)一步提高石墨烯在樹脂體系中的更大添加量、均勻分散度以及耐熱性；探究石墨烯與樹脂的復(fù)合方法以及完善石墨烯涂料的性能評(píng)價(jià)體系；深入探究石墨烯在涂料中的防腐機(jī)理，為石墨烯在防腐涂料領(lǐng)域應(yīng)用提供技術(shù)與理論支撐。