石墨烯在功能涂料中的应用概述
石墨烯及其在涂料中的应用
石墨烯及其在涂料中的应用石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有极高的导电性、热导性和力学强度，因此在涂料行业中具有广泛的应用前景。
石墨烯在涂料中的应用主要体现在以下几个方面：1. 抗腐蚀性能：石墨烯涂料能够有效保护基材不受腐蚀。
由于石墨烯具有极高的导电性，可以形成一层致密的保护膜，阻隔外界的氧、水和其他腐蚀性物质的侵蚀，提高涂层的耐腐蚀性能。
2. 导电性能：石墨烯具有极高的导电性，可以用于制备导电涂料。
传统的防静电涂料通常含有金属颗粒，但这会导致涂层厚度增加，影响外观和性能。
而石墨烯涂料可以在涂层中加入少量的石墨烯颗粒，就能够显著提高涂层的导电性能，同时保持较薄的涂层厚度。
3. 热导性能：石墨烯具有极高的热导性，可以用于制备具有优异散热性能的涂料。
在一些特殊应用场景下，需要涂层能够快速将热量传导出去，以保护基材或提高设备的工作效率。
石墨烯涂料的热导性能可以满足这些需求，使涂层具有更好的散热性能。
4. 增强力学性能：石墨烯具有出色的力学强度，可以用于增强涂料的力学性能。
在一些需要涂层具有较高硬度、耐磨性和抗刮擦性能的场合，可以将石墨烯添加到涂料中，以提高涂层的力学性能。
5. 光学性能：石墨烯具有极高的光吸收率和光散射率，可以用于制备具有特殊光学效果的涂料。
例如，可以利用石墨烯的特殊光学性质制备出具有抗紫外线功能的涂料，用于户外建筑物的保护；还可以制备出具有特殊纹理和光泽效果的涂料，用于室内装饰。
石墨烯在涂料行业中具有广泛的应用前景。
通过将石墨烯添加到涂料中，可以改善涂料的抗腐蚀性能、导电性能、热导性能、力学性能和光学性能，从而提高涂层的整体性能和使用寿命。
随着石墨烯技术的不断发展和成熟，相信石墨烯涂料将会在未来得到更广泛的应用。
石墨烯导电涂料性能研究及应用
石墨烯导电涂料性能研究及应用石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维材料，具有可重复制备、高比表面积、高导电性、高机械强度、透明性等优异的物理和化学特性，被广泛应用于能源储存、传感器、生物医药等领域。
其中，石墨烯导电涂料作为石墨烯应用中的一种重要形态，在电子、光电、涂料等领域展现出较高的应用潜力。
一、石墨烯导电涂料的性能1、高导电性由于石墨烯单层结构的存在，石墨烯导电涂料具有空气中最高的导电性，电导率达到了50,000 ~ 100,000 S/m。
因此，在电子芯片、电极、电池等领域中，石墨烯导电涂料得到了广泛应用。
2、高机械强度石墨烯导电涂料具有令人惊讶的高机械强度和硬度，因此非常适合用于造成存储、弹性等应用中。
3、优异的透明性石墨烯导电涂料具有高透明度，光学透过率高达97%，在太阳电池等光电应用中具有广泛的应用前景。
二、石墨烯导电涂料的应用1、电光设备石墨烯导电涂料具有材料省、制作方便、性能优异等优点，被广泛应用于Touch Panel, FPD，LCD，OLED等电光设备中。
例如，石墨烯导电涂料可用于电子墨水、柔性电路、散热片等。
2、化学储能石墨烯导电涂料在化学储能技术中也有广泛应用，石墨烯导电涂料的高导电性可以使其用于制备石墨烯锂离子电池，并且也可以成为一种高效的电容器材料。
3、环保涂料在环保涂料应用领域，石墨烯导电涂料也具有广泛的应用前景，由于石墨烯导电涂料具有较好的导电性和透明性，所以在光伏电池制备中也有一定的应用。
三、石墨烯导电涂料未来发展趋势石墨烯导电涂料的发展方向主要有以下几方面：1、石墨烯导电涂料在新能源开发领域应用的推广；2、发展石墨烯导电涂料的多功能性；3、提高石墨烯导电涂料的工业化水平。
总之，石墨烯导电涂料的应用潜力巨大，具有广泛的市场前景，而其未来的发展也需要多专家的探索，以推动石墨烯的工业化进程，从而更好地为人类社会提供高品质、高效率的新产品。
石墨烯在防腐涂料中的应用
石墨烯在防腐涂料中的应用腐蚀是金属材料失效的主要形式，也是一个全球都普遍存在的问题。
据估计，全球每年因腐蚀报废的金属设备占其产量的30%，除去回收的部分外，还有10%的钢铁一去不复返。
寻找有效的技术手段来实现金属表面防护成为各国研究者共同关注的目标。
众多学者致力于研究和开发腐蚀控制技术和措施，降低腐蚀损失的主要方法有开发和正确选用耐蚀材料、电化学保护和涂层保护。
而金属表面覆膜处理技术是最为经济、简单、使用最为广泛的防腐手段。
这些技术往往是用某些材料（如特种金属、陶瓷、金属氧化物、非金属聚合物等）包裹在金属表面，以避免其表面与空气、水或其它腐蚀环境直接接触，从而达到防止腐蚀的目的。
这些包裹材料因为各种局限而难以满足日益复杂的工作环境。
普通的表面涂层往往存在粗糙度大、涂层过厚等因素而不适合精密场所的使用；同时聚合物材质往往不耐高温，并且可能影响涂覆基材的性质。
薄型化是防腐技术发展的一个重要方向，而石墨烯作为最薄的膜材料，为相关应用带来了新的可能。
1. 石墨烯防腐机理图1 石墨烯防腐涂料中“迷宫效应”示意图石墨烯具有特殊的片层状结构，可以像鳞片状云母粉、铝粉、玻璃薄片等作为填料应用于防腐涂料中，石墨烯的片层状结构，对水、氧气和离子的扩散有很好的物理屏蔽作用，可以增加腐蚀介质在涂层中的渗透路程，从而达到对金属材料的防腐蚀功能，这一过程被通俗的称为石墨烯的“迷宫效应”。
目前，石墨烯在金属防腐蚀、防污、导电以及其他功能涂料领域中的应用已取得初步成果，石墨烯重防腐涂料产品成为石墨烯迈向应用的热点之一。
2. 石墨烯防腐涂层展望图2石墨烯防腐涂层外观图石墨烯在金属材料的防腐领域也具有非常大的应用潜力。
首先，石墨烯稳定的sp2杂化结构使其能在金属与活性介质间形成物理阻隔层，阻止扩散渗透的进行。
科学家在研究石墨烯制备微小密封“气球”时发现石墨烯能有效阻碍气体分子通过，即便是H原子也很难通过；基于纯石墨烯膜的防护涂层值得期待。
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%。
石墨烯在涂料领域的应用概况
渗滤 阈值 （ 约为 ０ ． ５ ％， 质量分 数 ， 下同） 。石墨 烯用量＞ ０ ． ９ ％时 ， 复合材料 的导 电网络结构 已经基本构筑 完善 ，
体积 电阻在经过 ９ ～１ １ 个数量 级 的急剧下降后 ， 基 本 稳
定在 ｌ ０ ｎ・ ｃ ｌ ｎ以下 ， 导 电性有 了明显提高 ； 石 墨烯用量
水性 ， 同时不会改变 聚苯胺 的导 电特性 ， 使得其环 保型 应用成为 了可能 ， 可应用于制备水性导 电涂料 。
为０ ． ７ ％时 ， 其在 高分 子基体 中的分 散状态最好 ， 与不加
石墨烯 的硅丙 乳液涂 膜相 比， 复合材料 的拉伸 强度提高 了１ ５ ． ５ ％， 断裂伸 长率下降 了３ ． ６ ％， 耐水性提高 了 １ ４ ％， 失重 ５ ％时的热分解温度提 高了 ４ ３℃， 防腐 蚀性能也得 到了极 大提升 。 化学氧化还原法 制备 的石墨烯 ， 丙 酮进 行表 面处 理 后， 加人到丙烯酸涂料 中 ， 对涂层 电阻检测结果表明 ： 石
墨烯 的加入 降低 了涂层 电阻率 ， 导 电性得 到了提高 ， 具 有制备 导 电涂料的应用前景 。 通 过无机 特种功 能性填料 与有机 物或 聚合 物进行
巨浩 波嘲 等采用溶 液超声法 制备 了石墨烯／ 硅丙乳 液复 合材料 ， 测试 分析结 果表 明 ， 复合材料 具有 较低 的
复合 ， 制备具有某种特殊功能材料 的方法 常常为许多科
研 人员所采用。刘言 等将苯胺单体 吸附在 比表 面积 巨 大的氧化石墨烯 表面 ， 制备 了氧化石墨烯 一 聚苯胺复合 材料 。由于 氧化石 墨烯与水具有较强 的亲和力 ， 使石墨 烯一 聚 苯胺在 水 中也具有 了较 好 的分散 性 。在苯 胺 的 苯环 上引入 亲水基 团（ 如磺酸基 、 羧基 等 ） ， 与 聚苯胺 的 胺基相 互作用 ， 形成 自掺杂 的聚苯胺 ， 改善 了聚苯 胺 的 亲水性 ， 再通过 乳化剂 实现掺 杂聚苯胺的乳液化 。复合
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。
石墨烯在防腐涂料中的研究进展及应用
石墨烯在防腐涂料中的研究进展及应用摘要：防腐涂料是指由底漆、中漆和面漆组成的具有防腐蚀功能的涂料，依据涂料应用领域的不同，可以分为常规防腐涂料和重防腐涂料。
一般常见的防腐涂料有环氧树脂涂料、醇酸树脂涂料、聚氨酯涂料、丙烯酸树脂涂料、富锌涂料等。
鉴于此，本文主要分析石墨烯在防腐涂料中的研究进展及应用。
关键词：石墨烯；防腐涂料；应用1、石墨烯简介1.1、石墨烯的结构石墨烯是碳原子sp2杂化形成的蜂窝状平面薄膜，是一种仅有单层原子厚度的二维材料，也被称为单原子层石墨。
石墨烯是世界上已知的最坚硬且最薄的纳米材料，虽然只有1个碳原子厚度，但在外应力作用下抵抗变形能力大小的模量可达1012Pa。
1.2、石墨烯的制备方法（1）机械剥离法是最早被发现并用于生产石墨烯的方法，该方法对于实验设备要求极低，操作简便，效果明显，并且获得的石墨烯样品的质量很好。
因此，实验室生产以及石墨烯用量偏小的公司，大多使用该方法来制备石墨烯。
主要是将机械力作用在石墨表面，使其受力剥离，由原来的多层变为一层或数层。
（2）氧化还原法是当前制备石墨烯最为流行的方法之一，也是实验室批量生产石墨烯所采用的方法。
该方法以石墨或膨胀石墨为原材料，首先将石墨或膨胀石墨加入到浓硫酸中，加入强氧化剂得到蓬松的氧化石墨烯，再加入强还原剂，得到石墨烯。
该法制备周期短，成本较低，设备简单，而且可以得到氧化石墨烯；但制备过程中应用强酸、强氧化物等物质，较为危险，而且得到的石墨烯有较多缺陷，如电学和力学性能不够优异。
（3）外延生长法碳化硅外延生长法：将碳化硅置于高温高压环境中，使硅原子蒸发，将碳原子留在载体上。
该方法可以制备单层大面积石墨烯，其质量十分优异。
但由于制备条件严苛、成本昂贵、转移困难，导致应用受限。
金属催化外延生长法：在超高真空的条件下，将碳氢化合物加到具有催化活性的过渡金属基底表面，并通过加热使吸附在金属表面的气体催化脱氢得到石墨烯薄膜。
对于碳原子来说要有较低的溶解度，这样才能通过化学腐蚀的方法使石墨烯与基底实现分离，不然不利于石墨烯的后续加工。
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。
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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
× 10 3 Ω / sq， 在波长 550 nm 下透光率高达 84% 。 石 墨烯导电涂料也可通过旋涂工艺施工
2 3 ［18 ］
， 涂膜表面
在 550 nm 波长下透光率 电阻可低至 10 ～ 10 Ω / sq， 达到 80% 。
3. 2. 2
防腐涂料
［19 ］
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 Fe
带了改性基团的反应活性， 能有效提高石墨烯在涂料 体系中的分散性、 相容性， 甚至可赋予涂料体系某种 特殊功能， 因此石墨烯的功能化改性是其在涂料领域 应用中必不可少的重要一环。
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 羟基等官能团 氧基、
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
第 44 卷第 10 期 2014 年 10 月
涂料工业 PAINT ＆ COATINGS INDUSTＲY
Vol． 44 No． 10 Oct． 2014
石墨烯在功能涂料中的应用概述
蔡文曦， 盛鑫鑫， 张心亚， 钟
摘
理
*
（ 华南理工大学化学与化工学院， 广州 510640 ）
要： 石墨烯具有优异的热性能、 力学性能以及电学性能， 已有研究人员将石墨烯应用于涂料
［ 基金项目］ 国家自然科学基金（ 50803017 ） ，中央高校基本业务费项目 （ 2013zm0070 ） * 通信联系人
74
蔡文曦等： 石墨烯在功能涂料中的应用概述
力 学 性 能 最 好 的 材 料 之 一， 石墨烯的热导率达 5 000 W / （ m·K） ， 是良好的导热体
［6 ］
将 GO 功能化改性， 再按需要进行还原。
， 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 Andre Geim 和 Konstantin Novoselov 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
［2 － 4 ］
1
石墨烯的结构与性质
2 石墨烯是一种由 sp 杂化碳原子组成的二维晶 ［2 ］
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 15 mg / mL 的功能化石墨烯分散体系。
3. 1. 2
非共价键修饰
maier 法［10］ 及 Hummers 法［11］。 前 两 者 会 产 生 ClO2 Hummers 法反应时间短， 气体， 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。
。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 储能材料、 电子 异的性能。 石墨烯在纳米复合材料、 元器件及催化剂载体等领域已得到应用 ， 且显现出良
体材料， 具有略微波浪状的层式结构
， 被认为是组
碳纳米管、 富勒烯等同素异形体的基本组成 成石墨、
［5 ］ 是迄今发现的 单元。石墨烯的强度高达 130 GPa ，
。 石墨烯独特
3. 1
石墨烯的功能化改性
石墨烯经功能化改性后既保留了原有性质 ， 还附
的 载 流 子 特 性，使 其 电 子 迁 移 率 达 到 2 ×
［4 ］ · s） ， 10 5 cm2 / （ V 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 实现对其导电性能的控制， 进一步推动半导体材 控， 料的发展。
［15 ］
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
［9 ］ Stauden氧化石墨主要有 3 种途径， 即 Brodie 法 、
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
蔡文曦等： 石墨烯在功能涂料中的应用概述
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 。
Abstract： Graphene with outstanding thermal， mechanical and electric properties has been used to prepare the graphene composite coatings． The unique functionality of grapheme in coatings is also discussed． This paper summarizes the preparation and modification of graphene，overviews the application of graphene in conductive coatings，anticorrosive coatings， architectural coatings and other functional coatings，and describes the future research and development of graphene． Key Words： graphene； modification； functional coatings
［12 ］
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1 200 ～ 1 600 ℃ ， 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
科 学 视 点
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 是极佳的导电涂料添加剂。 Pham 等 能， 如图 1 所示。
［17 ］
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 1 808. 76 MPa 提高到 2 802. 36 MPa。 Prasai 等［21］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
［16 ］
， 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 75