石墨烯在功能涂料中的应用概述
石墨烯防腐涂料原理

石墨烯防腐涂料原理
石墨烯防腐涂料是一种新型高效的防腐材料,其原理主要是利用石墨烯的优异物理和化学性能来保护金属表面不被腐蚀。
首先,石墨烯具有极高的导热和导电性,可以快速将热量和电流传递到金属表面,形成一层高效的热和电导层,使金属表面的温度和电位保持稳定,从而降低了金属表面的化学反应速率,延缓了金属腐蚀的进程。
其次,石墨烯具有极高的机械强度和韧性,可以形成一层坚固的保护层,防止外界物质的侵蚀和磨损。
同时,石墨烯还能够有效地吸附和催化金属表面上的有害物质,如氧气、水分和酸碱等,将其转化为无害物质,从而消除了金属表面的腐蚀因素。
最后,石墨烯防腐涂料具有优异的耐久性和稳定性,可以长期保持其防腐效果,同时具有良好的适应性和可塑性,可以根据不同的金属材料和使用环境进行量身定制,以实现最佳的防腐效果。
综上所述,石墨烯防腐涂料原理基于石墨烯的优异物理和化学性能,通过形成一层高效的热、电、机械和化学保护层,防止金属表面的腐蚀和磨损,从而实现高效、可靠、耐久的防腐效果。
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石墨烯导热散热涂料石墨烯重防腐涂料应用优势

石墨烯导热散热涂料石墨烯重防腐涂料应用优势首先,石墨烯导热散热涂料具有出色的导热性能。
石墨烯是一种单层碳原子构成的二维材料,具有极高的导热系数。
将石墨烯添加到导热散热涂料中,可以显著提升涂料的导热性能,使其能够更有效地将热量从被涂物表面传导出来,提高散热效果。
这一特点使得石墨烯导热散热涂料得到广泛的应用,特别是在电子元器件、照明设备和汽车等领域,能够有效降低设备的温度,提高设备的可靠性和寿命。
其次,石墨烯重防腐涂料具有优异的耐腐蚀性能。
石墨烯具有高度的化学稳定性和抗氧化性,能够有效地抵抗酸、碱和一些有害气体的侵蚀,能够长时间保持涂层的完整性和稳定性。
将石墨烯添加到重防腐涂料中,能够显著提高涂层的抗腐蚀性能,延长被涂物的使用寿命。
因此,石墨烯重防腐涂料被广泛应用于海洋工程、化工设备和航空航天等领域,能够有效保护金属表面免受外界腐蚀的影响。
此外,石墨烯导热散热涂料和石墨烯重防腐涂料还具有易施工、环保和节能的特点。
石墨烯涂料的施工过程与传统涂料相似,并且具有良好的附着力和耐磨性,能够在各种复杂环境下使用。
石墨烯是一种纯天然的无机材料,不含任何有害物质,对人体和环境无毒无害,符合环保要求。
同时,由于石墨烯涂料的导热性能和防腐性能突出,能够提高设备的能效,减少能源的消耗,实现节能减排。
总之,石墨烯导热散热涂料和石墨烯重防腐涂料是一种具有多种应用优势的新型涂料材料。
它们不仅能够提高设备的散热效果,延长使用寿命,还能够保护金属表面,防止腐蚀,提高设备的可靠性。
同时,它们的施工过程简单方便,环保节能,符合现代工业发展的要求。
因此,石墨烯导热散热涂料和石墨烯重防腐涂料在各种领域具有广阔的应用前景。
环氧石墨烯树脂漆的作用与用途

环氧石墨烯树脂漆的作用与用途朋友们!今天咱得好好唠唠这环氧石墨烯树脂漆,这玩意儿的作用和用途那可真是个有趣的话题啊!我就给你们讲讲我亲身经历的一件事儿,让你们感受感受它到底有多神奇。
那是去年夏天的事儿了,我家那老房子住了好些年了,墙面那叫一个惨不忍睹啊!斑驳陆离的,就跟那经历了岁月沧桑的老人脸似的,满是皱纹和瑕疵。
这可把我老妈愁坏了,天天念叨着得把墙重新刷一刷。
于是乎,我们全家就开启了寻找合适涂料的征程。
我陪着老妈跑了好几家建材市场,那叫一个眼花缭乱啊!各种涂料五花八门的,看得我们头都晕了。
正当我们不知道选啥好的时候,在一家店里,老板热情地给我们推荐了这环氧石墨烯树脂漆。
老板那是满脸笑容,跟我们夸这漆有多好多好:“你们别看这漆名字听起来有点复杂,其实它可厉害着呢!这环氧石墨烯树脂漆啊,它的附着力那是相当强。
就好比给你们家的墙面穿上了一件超级牢固的防护服,不管是风吹还是日晒,它都能紧紧地贴在墙上,不会轻易掉下来。
”我当时还半信半疑的,就插了句嘴:“老板,您可别光说好听的,这真有那么神吗?”老板笑了笑,说:“不信啊?我给你们讲讲。
这漆里面的石墨烯成分,就像是一群勤劳的小卫士,它们会紧密地排列在墙面上,把每一个缝隙都填得严严实实的,让那些有害的东西根本就没机会钻进去。
而且啊,这漆还特别耐磨损,就算你们家孩子在墙上调皮乱画,用抹布一擦,那墙面还是跟新的一样。
”老妈听了,眼睛都亮了,拉着我的手说:“儿子,要不咱就试试这个?听老板这么一说,感觉还挺不错的。
”我想了想,反正也不知道选啥,那就试试呗。
回到家,我们就请了工人师傅来帮忙刷漆。
师傅拿着漆桶,一边搅拌一边跟我们说:“这漆啊,刷起来还挺轻松的,不像有些漆那么浓稠,不好操作。
而且它的干燥速度也快,没一会儿就干了,这样我们就能很快完成工作啦。
”看着师傅熟练地把漆刷在墙上,那漆就像有魔力一样,均匀地铺展开来,瞬间就把墙面原本的瑕疵都给盖住了。
不一会儿,整个房间的墙面都焕然一新,变得洁白光滑,就像刚装修好的新房一样。
石墨烯在涂料用聚酯树脂及粉末中的应用

石墨烯在涂料用聚酯树脂及粉末中的应用摘要研究了石墨烯在涂料用聚酯树脂及粉末中的应用。
发现石墨烯的加入可以显著地增强粉末涂料的活性,微量石墨烯的加入可以增强杯突性能但是大量石墨烯的加入却呈现出相反的趋势。
高温烘烤实验显示石墨烯的加入会诱导样板表面出现不平整的现象,该现象将不利于石墨烯在涂料用聚酯树脂及粉末领域的扩展,下步工作将分析其原因并思考如何抑制该现象的发生,并拓展石墨烯在涂料用聚酯树脂和粉末领域的应用。
0引言粉末涂料由于其自身无污染,省能源、低VOC排放的优势,在全球范围内获得了快速发展。
石墨烯(Graphene)是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体,其具有高的韧性和断裂强度、导电性、自由基淬灭性等优势。
当石墨烯添加入其他材料形成复合材料时,石墨烯的层状结构可以提高复合材料的耐腐蚀性和气密性。
结合石墨烯的本身特点,因此可以得到石墨烯的加入可以显著地提高复合材料的韧性,断裂强度、导电性和导热性、耐候性、气密性和腐蚀性等。
本论文中尝试将石墨烯添加入聚酯树脂以制备成含石墨烯的粉末涂料以及在配料过程中加入石墨烯来制备含石墨烯的粉末涂料,并观察了其对性能的影响,为下一步石墨烯工业用于涂料用聚酯树脂和粉末中做前期的摸索工作。
1实验部分1.1 主要原料新戊二醇(NPG)、2-甲基-1,3丙二醇(MPDI)、三羟甲基丙烷(TMP)、乙基丁基丙二醇(BEPD)、1,4环己烷二甲醇(CHMD)、乙二醇(EG)、对苯二甲酸(PTA)、间苯二甲酸(IPA)、己二酸(ADA)、1,4环己烷二甲酸(CHDA)、偏苯三酸酐(TMA)、富马酸(FCC)、甲丁基氧化锡(FC4100)、钛白粉、硫酸钡、流平剂、安息香等均为工业品。
增强石墨SE1430和防腐型石墨烯SE1132,常州第六元素材料科技股份有限公司提供,其主要技术参数见表1。
1.2 主要实验设备5L玻璃反应釜一套,φ30双螺杆挤出机等小型制备设备,静电喷涂设备,冲击实验仪,光泽仪、膜厚仪、烘箱和杯突仪等二次性能检测设备。
石墨烯在涂层材料中的应用

精细石油化工进展ADVANCES IN FINE PETROCHEMICALS44第20卷第3期石墨烯在涂层材料中的应用罗洁玲,游慧敏,黄宝轻,陈庆华,罗富彬福建师范大学环境学院,福州350007摘要介绍了石墨烯在防腐涂料、导电涂料、导热涂料、阻燃涂料、电磁屏蔽涂料及其他功能性涂料中的应用现状,着重探讨了其在涂料中表现出的独特作用及存在的问题,并展望了石墨烯的发展前景。
关键词石墨烯涂层材料防腐电磁屏蔽2004年NOVOSELOV等⑴采用胶带剥离的方法从石墨薄片中剥离出了单层石墨烯,并证明了石墨烯能够在室温下稳定存在,这一发现填补了二维碳材料的空白。
碳纳米材料分为零维富勒烯、一维碳纳米管、二维石墨烯,而石墨烯是构成碳纳米材料的基本单元,通过自身包裹卷曲得到球状的富勒烯,平行卷曲为碳纳米管,大量堆叠则成为石墨。
石墨烯具有电子迁移率高、热稳定性好、抗拉强度强和电阻率低的优点,在功能涂料中被广泛应用,并展现出了优异的发展前景。
采用传统的石墨等碳材料为填料时,用量较高,性能较低,而石墨烯只需少量添加即可极大地提高聚合物的性能。
本文综述了石墨烯在防腐、导电、导热、阻燃、电磁屏蔽和其他功能涂料领域的应用,并对石墨烯涂层材料的发展方向进行了展望。
1石墨烯的结构和性能石墨烯是一种二维蜂窝状碳材料,为单层片状结构,c=C原子之间由sp2杂化结合而成,在垂直于层平面的方向上形成一个大TT键,结构非常稳定。
石墨烯按照层数可分为单层、双层和多层石墨烯。
石墨烯上2个相邻C原子间的键长约为0.142nm,单层石墨烯的厚度为0.335nm,仅为1个碳原子的厚度,而1mm厚的石墨中有将近150万层的石墨烯。
石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环,是最理想的二维纳米材料⑵。
石墨烯稳定的晶格结构使碳原子具有优异的电学性能,室温下载流子迁移率约为15000 cm2/(V-s),比硅材料高出了10倍。
石墨烯是已知的最薄、最坚硬的纳米材料,单层石墨烯的刚度可达300-400N/m,导热系数为2000~6000 W/(m•K),电阻率为10"Q•cm,5层以下石墨烯的透光率大于90%。
石墨烯的功能化改性及应用研究

石墨烯的功能化改性及应用研究石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维材料,具有出色的物理、化学和机械性能。
自2004年被成功分离以来,石墨烯在能源、材料、生物医学等领域的应用引起了广泛。
然而,石墨烯的化学稳定性、生物相容性以及在水溶液中的分散性等问题限制了其广泛应用。
因此,对石墨烯进行功能化改性具有重要的实际意义。
功能化改性是提高石墨烯应用性能的有效途径。
改性的方法主要包括氧化、还原、官能团化、共价键合等。
通过这些方法,可以改变石墨烯的表面性质、水溶性、分散性等,以满足不同应用场景的需求。
氧化石墨烯是一种常见的石墨烯衍生物,通过在石墨烯表面引入羟基、羧基等基团,提高其水溶性和分散性。
还原氧化石墨烯则是在氧化石墨烯的基础上,通过还原剂将氧化基团还原为氢基团,以恢复石墨烯的导电性能。
官能团化石墨烯是通过化学反应在石墨烯表面引入特定官能团,如氨基、巯基等。
这些官能团可以与其它分子或离子反应,实现对石墨烯功能的进一步拓展。
共价键合则是通过在石墨烯表面引入功能化的基团,实现与其他分子或材料的键合。
经过功能化改性后,石墨烯在各个领域的应用研究得到了广泛开展。
在电子领域,功能化石墨烯可用于制作透明导电膜、场效应晶体管、储能器件等。
在纳米制备领域,功能化石墨烯可用于制备纳米药物、纳米催化剂、纳米传感器等。
在复合材料领域,功能化石墨烯可用于增强金属、陶瓷、高分子等材料,提高其力学、电磁、热学等方面的性能。
功能化石墨烯在能源、生物医学等领域也有广泛的应用前景。
尽管石墨烯的功能化改性和应用研究已经取得了显著的进展,但仍存在许多问题需要进一步探讨。
功能化改性的方法需要进一步完善,以提高石墨烯的性能和稳定性。
石墨烯的大规模制备和分离仍然是亟待解决的问题,需要开发更为高效和经济的方法。
石墨烯的生物相容性和生物活性需要进一步研究,以拓展其在生物医学领域的应用范围。
本文介绍了石墨烯的功能化改性及其应用研究。
通过氧化、还原、官能团化和共价键合等方法,可以改善石墨烯的性能和应用范围。
石墨烯在防腐防污涂料中的应用研究

第5期石晓凡,等:石墨烯在防腐防污涂料中的应用研究-107-石墨烯在防腐防污涂料中的应用研究石晓凡,贾新磊(滨州学院化工与安全学院,山东滨州256600)摘要:石墨烯凭借其阻隔性能好、屏蔽性能好以及化学稳定性好等特点,在防腐防污涂料领域得到了广泛应用。
本文综合叙述了近年来石墨烯在防腐、防污涂料中的相关内容,归纳了石墨烯的结构特性,总结了石墨烯在防腐、防污涂料中的应用,整理了石墨烯在涂料方面存在的问题'关键词:石墨烯;结构特性;防腐;防污中图分类号:TQ637文献标识码:A文章编号:1008-021X(2021)05-0107-02Application of Graphene in Anticorrosion and Antifouling CoatingsShi Xiaofan,Jin Xinlei(School of Chemical Enginee/ng and SCety of Binzhou University,Binzhou256600,China)Abstract:Graphene has been widely used in the fieN of anti-corrosion and antifou/ng coatings because of its excellent bc/cr performance,outstanding shielding performance and good chemical stabOty.In thO paper,the related contenO of graphene in anti-cormsion and antifou/ng coa—ngs in recent years are comprehensively described,the structural chamcte时Ucs of graphene aoesummaoczed,theappeccatcon oogoaphenecn antc-co o scon and antcoouecngcoatcngscssummaoczed,and theexcstcngpoobeems oogoaphenecn coatcngsaoesooted out.Key words:graphene;structural properties;corrosion protection;antifou/ng在英国的两位科学家通过众多实验成功分离出了石墨烯后,石墨烯进入了人们的眼界,并且得到了广泛的关注。
石墨烯涂料的性能

石墨烯涂料的性能添加石墨烯的涂料因与聚合物树脂发生物理混合或化学复合制成功能涂料,显著提升作为各个不同用途的涂料的性能。
因此,石墨烯涂料已经成为石墨烯的重要应用研究领域。
1.耐腐蚀性能石墨烯本身憎水憎油,分散均匀性较差,将其添加到海洋重防腐蚀涂料中,应配合相应的偶联剂,可制备出优于传统富锌类的防腐涂料。
有研究发现,添加石墨烯的环氧树脂涂料具有层层叠加形成的致密隔绝层,通过物理方式抑制水、腐蚀性离子等对涂膜的浸润与渗透;同时利用快速导电能力保护阳极,阻止铁锈的生成。
2.导电性能石墨烯的共轭结构使之具有很高的电子迁移率和优异的电学性能。
巨浩波等制备的石墨烯/硅丙乳液复合涂料渗流阈值为0.5%,当添加含量高于0.9%时,涂层电导率基本稳定在10-3S/cm以上。
赖奇等制备出石墨烯/丙烯酸树脂导电薄膜,研究发现石墨烯的加入降低了涂层电阻率,石墨烯的粒径越小,涂膜的导电性能越好。
杨贻婷研究发现将石墨烯分散液与基体混合聚氨酯涂料的导电性增强不大,而旋涂至聚氨酯涂料的表面,可以大幅度提高涂料的导电性。
导静电涂料是指表面电阻为106-109的具有防静电作用的防腐涂料。
大型工业设备设施一般需要刷涂防腐蚀涂料,但往往会因产生静电而加速腐蚀,因此,最好防腐蚀的同时又能导静电。
电磁屏蔽涂料主要利用涂料的反射、吸收等阻止电磁能进入被屏蔽区域。
近日,江苏大学采用GO为原料研制出一种紫外光固化抗电磁屏蔽涂料,发现当GO 的用量为聚醚多元醇NJ-220质量的3.8%时,电导率接近纯石墨烯电导率,具有较强的电磁屏蔽效能。
3.导热性能石墨烯的导热系数高,比表面积大,填充在涂层中增大了涂层散热表面积,降低了物体表面和内部温度。
薛刚等采用回流法制备出一种石墨烯复合散热涂料,与普通散热涂料相比,其红外发射率和节能效果更好。
4.耐热性能石墨烯/聚合物复合涂料在燃烧过程中,发生石墨烯自身和聚合物基体分子链取向,进而在聚合物炭化过程中形成致密碳层,阻碍降解产物的逸出,并且使聚合物的起始分解温度和最大分解温度向高温方向移动,因此可用作阻燃材料。
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石墨烯在功能涂料中的应用概述石墨烯具有独特的性能和潜在的应用前景,目前已成为全世界的关注焦点与研究热点。
此前,曾有科学家认为二维晶体在有限温度下是不可能存在的,而如今通过简单的机械剥离高定向热解石墨,便可制备得到二维单层石墨烯。
英国曼彻斯特大学的教授AndreGeim和KonstantinNovoselov因在石墨烯领域的研究方面取得了开创性成果而荣获2010年的诺贝尔物理奖。
此后,石墨烯引起了科学家极大的兴趣,并发现其在光、电、热等方面均有独特而优异的性能。
石墨烯在纳米复合材料、储能材料、电子元器件及催化剂载体等领域已得到应用,且显现出良好的应用前景。
石墨烯电子迁移率高、热稳定性好、导电性优异、硬度高等优点使其在涂料中获得应用,并取得了较好的应用效果。
本研究根据国内外研究成果,对石墨烯的制备、改性及其在涂料中的应用进行了概述,以期拓宽石墨烯的工业应用。
1、石墨烯的结构与性质石墨烯是一种由sp2杂化碳原子组成的二维晶体材料,具有略微波浪状的层式结构,被认为是组成石墨、碳纳米管、富勒烯等同素异形体的基本组成单元。
石墨烯的强度高达130GPa,是迄今发现的力学性能最好的材料之一,石墨烯的热导率达5000W/(m·K),是良好的导热体。
石墨烯独特的载流子特性,使其电子迁移率达到2×105cm2/(V·s),超过硅100倍,且几乎不随温度变化而变化。
石墨烯与其氧化物在导电性能方面有很大差异,这是由于引入含氧基团后,破坏了原来的共轭结构,因此可以通过对石墨烯氧化-还原程度的调控,实现对其导电性能的控制,进一步推动半导体材料的发展。
2、石墨烯的制备方法自石墨烯被发现以来,科研人员为能批量稳定地制备石墨烯付出了巨大努力并取得了阶段性成果。
石墨烯制备方法主要有:(1)晶体外延生长法,该法是在极高的真空度下将单晶碳化硅衬底加热至1200~1600℃,使衬底中的硅原子升华析出,过量的碳原子留在基底并重构生成石墨烯,这是目前公认的最有可能实现工业化的方法之一;(2)化学气相沉积法(CVD),该法将甲烷等含碳化合物在基底上进行高温分解而重构生成石墨烯,然后除去金属基底得到石墨烯;(3)化学氧化-还原法,目前以该法制备氧化石墨主要有3种途径,即Brodie法、Staudenmaier法及Hummers法。
前两者会产生ClO2气体,Hummers法反应时间短,产品纯化步骤简单,因此目前的制备方法多基于Hummers法。
Hummers法制备过程概括为:①向强酸和强氧化剂混合液加入石墨,反应得到氧化石墨;②借助外力剥离得到氧化石墨烯(GO);③通过化学还原、热还原等方法将氧化石墨烯还原得到还原的氧化石墨烯(rGO)。
上述3种制备方法中,使用CVD法制得的大面积石墨烯片层可以直接覆盖在金属表面用作防腐、保护涂层,而化学氧化-还原法则在涂料领域中更为常用。
这是由于在氧化的过程中,将活性含氧基团引入到石墨烯上,为以后的功能化改性提供了活性反应位点,丰富了功能化改性的手段,从而有效提高改性GO与溶剂、聚合物的相容性。
3、在涂料领域中的应用石墨烯的共轭结构导致其与水、有机溶剂以及聚合物的相容性较差,因而增加了其在涂料领域中的应用难度。
为解决该问题,可在制备石墨烯的过程中先将GO功能化改性,再按需要进行还原。
3.1石墨烯的功能化改性非共价法修饰是将石墨烯与修饰剂相互作用(如氢键作用、静电作用和π-π相互作用等)实现对石墨烯的改性,该法不破坏石墨烯的共轭结构,可保持其优异的导电性能。
π-π相互作用可得到具有线-杆-线结构的石墨烯/PEG-OPE-PEG复合材料,杆是带共轭结构的亲油性低聚物,线则是亲水性PEG,该复合材料在水和有机溶剂中都显示出很好的相容性。
3.1.1共价键修饰共价键修饰是将活性较高、具有特定官能团的物质以共价键的方式接枝到石墨烯上,以提高石墨烯的反应活性、相容性及其他特性。
GO上存在羧基、环氧基、羟基等官能团,这些基团可作为功能化反应的活性位点。
用聚乙烯醇的羟基与GO的羧基反应,可制得能在二甲基亚砜和水中分散的功能化石墨烯。
Stankovich等用异氰酸酯衍生物反应将GO的羧基和羟基转变为活性酯胺和氨基甲酸酯,产物可在极性质子溶液中稳定存在,且可作进一步修饰。
GO的环氧基团也可加以利用,Wang等将GO与十八胺进行开环反应,得到可在有机溶剂中均匀分散、浓度达15mg/mL的功能化石墨烯分散体系。
3.1.2非共价键修饰非共价法修饰是将石墨烯与修饰剂相互作用(如氢键作用、静电作用和π-π相互作用等)实现对石墨烯的改性,该法不破坏石墨烯的共轭结构,可保持其优异的导电性能。
π-π相互作用可得到具有线-杆-线结构的石墨烯/PEG-OPE-PEG复合材料,杆是带共轭结构的亲油性低聚物,线则是亲水性PEG,该复合材料在水和有机溶剂中都显示出很好的相容性。
3.2在涂料体系中的应用石墨烯用于涂料中可制备纯石墨烯涂料和石墨烯复合涂料,前者主要是指纯石墨烯在金属表面发挥防腐蚀、导电等作用的功能涂料;后者主要是指石墨烯首先与聚合物树脂复合,然后以复合材料制备功能涂料,石墨烯可显著提升聚合物的性能,因此石墨烯复合涂料成为石墨烯的重要应用研究领域。
石墨烯与聚合物树脂复合方法大致有3种:(1)熔融共混。
高温下将聚合物与石墨烯熔融混合,可避免使用有机溶剂;(2)溶液共混。
选择合适的溶剂先溶解聚合物,再与石墨烯分散液均匀混合,最后除去溶剂;(3)原位聚合。
将石墨烯分散到聚合物单体中,发生单体-单体间、单体-石墨烯-单体间聚合,原料通常为改性石墨烯,以提高两者相容性。
前两种方法是使聚合物进入石墨烯内部形成插层复合物,第3种方法是使聚合物在石墨烯上生长,三者均能有效地使石墨烯剥离并均匀分散。
3.2.1导电涂料石墨烯的共轭结构使之具有很高的电子迁移率和优异的电学性能,这是人们最希望可以利用的性能。
传统的导电涂料通过加入导电性物质作为添加剂来达到涂膜导电的目的,导电性添加剂通常为金属或金属氧化物颗粒(如银粉、铜粉、氧化锌等),以应用较为广泛的银粉为例,其用量、粒径和形态都对涂料的导电性能有很大影响。
相比银粉,石墨烯除了有很好的导电性能外,还具备优异的机械性能及热性能,是极佳的导电涂料添加剂。
Pham等以一种快捷且低成本的方法制备了导电性石墨烯涂料,其流程如图1所示。
将制得的GO与还原剂水合肼制成混合分散液,将该分散液喷涂在已预热的基底上。
该方法的优点在于制备涂膜的同时还原了氧化石墨烯,通过简单步骤制得致密的导电性石墨烯涂膜,其表面电阻为2.2×103Ω/sq,在波长550nm下透光率高达84%。
石墨烯导电涂料也可通过旋涂工艺施工,涂膜表面电阻可低至102~103Ω/sq,在550nm波长下透光率达到80%。
3.2.2防腐涂料利用石墨烯优异的电学性能可制得性能卓越的防腐涂料,王耀文采用溶液共混法将rGO添加到环氧树脂中制备出含0.5%~2%不同比例石墨烯的防腐涂料。
具有片层共轭结构的rGO可层层叠加形成致密的隔绝层,抑制水对涂膜的浸润与渗透,起到物理防腐作用;rGO的导电性能使其能迅速地将阳极反应中Fe失去的电子传导到涂料表面,从而阻止Fe3+生成沉淀而发生腐蚀。
Yu等采用原位乳液聚合法将经对苯二胺/4-乙烯基苯甲酸改性的氧化石墨烯(pv-GO)添加到聚苯乙烯(PS)中得到pv-GO/PS纳米复合材料(合成路线如图2所示)并制成涂料。
与纯聚苯乙烯相比,涂膜防腐蚀效率由37.90%提高到99.53%,分解温度由298℃提高到372℃,杨氏模量由1808.76MPa提高到2802.36MPa。
Prasai等采用2种方法制备石墨烯防腐涂层,一种以需要保护的金属镍作为衬底,用CVD法制得原生多层石墨烯涂层薄膜;另一种以铜作为衬底,用CVD 法制备石墨烯涂层薄膜,以聚甲基丙烯酸甲酯作为介质将石墨烯薄膜转移到需要保护的镍表面上。
研究发现,前者制备的石墨烯防腐涂层可以使镍的腐蚀减慢20倍,后者制备的涂膜可使腐蚀减慢4倍。
后一种方法对许多不能直接以CVD 法在其上制得石墨烯涂层的衬底非常适用,通过转移工艺可保证石墨烯薄膜在合适的衬底上生长,而在其他金属表面发挥防腐作用。
Schriver等则发现用CVD 法制备的石墨烯只能提供短时间的防腐蚀效能,在长时间的腐蚀测试中,涂覆有石墨烯的铜表面比纯铜表面腐蚀更为严重(如图3所示)。
图3中(a)去除氧化物层的纯铜样板;(b)纯铜样板经过2a自然氧化后无明显腐蚀发生;(c)石墨烯涂覆的铜初始状态;(d)有涂层的铜放置1周后,样板基本无腐蚀发生;(e)有涂层的铜放置5个月后,样板除中央部分外其余铜表面均有严重腐蚀;(f)有涂层的铜放置18个月后,整个铜表面严重腐蚀。
此种结果可能的原因是导电性石墨烯增强了金属的电化学腐蚀,而纯铜表面在发生氧化反应时会产生一层钝化膜以减少腐蚀。
由此可见,欲将石墨烯成功应用于防腐涂料,还需对其进行更多的功能化改性或与其他物质进行复合等方面的研究。
石墨烯虽具有诸多优异性能,然而作为一个新的研究对象,还有很多未知的性质需要探究,作为防腐材料工业化应用前必须要完善相关的理论与实验研究,避免相反结果发生。
3.2.3建筑涂料石墨烯的导热系数高,将其用于建筑隔热涂料可有效降低建筑物的内部温度,增强节能效果。
薛刚等采用回流法将石墨烯包裹在红外发射粉末表面,制备了一种含石墨烯、电气石和过渡金属氧化物的复合散热涂料。
石墨烯可降低红外颗粒的热阻,与普通散热涂料相比,含石墨烯的复合涂料红外发射率达到96%,节能6.37%,体现出良好的节能效果。
GO与石墨烯具有同样优异的力学性能,能显著改善聚合物的抗拉强度与韧性,吕生华等采用溶液共混法将GO加入到以丙烯酸酯类聚合物与水泥复合而成的聚合物水泥防水涂料中,GO丰富的含氧基团可调节水泥水化产物的生长,使涂膜的物理性能(如拉伸强度、断裂伸长率、抗渗性等)得到明显提升。
3.2.4抗静电涂料抗静电涂料广泛用于电子、电器、航空及化工等多种领域,随着现代科技的发展,对其抗静电性能的要求越来越高。
石墨烯所具有的高导电性、强力学性能等特点,有利于制备高性能、高强度的抗静电涂料。
章勇将十六胺接枝到GO表面以增加与环氧树脂的相容性,然后以溶液共混的方式将两者均匀混合。
改变混合体系中石墨烯的用量,可得到具有不同表面电阻率的抗静电涂料,当改性石墨烯的添加量为0.5%时,抗静电涂膜的表面电阻可降至109Ω/sq,达到抗静电涂料的标准要求。
3.2.5其他功能涂料如前所述,石墨烯是迄今为止发现的力学性能最好的材料之一,添加石墨烯到各种功能涂料中都能很大程度提高涂膜的力学性能。
Wang等用溶胶凝胶法制备了石墨烯-水性聚氨酯涂料,添加2.0%的石墨烯即可使涂膜的抗张强度提高71%,杨氏模量提高86%。