石墨烯在功能涂料中的应用概述_蔡文曦
一文了解石墨烯在功能涂料中的应用特性及发展趋势！
一文了解石墨烯在功能涂料中的应用特性及发展趋势！石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，厚度在一个纳米以下，具有非常良好的抗拉强度及透光、导电和导热性能，被誉为新世纪的“材料之王”。
石墨烯具有高比表面积、快速导电性、优异的化学稳定性、突出的力学性能、高导热性等性能，石墨烯作为功能性添加剂，能赋予涂料导电、防腐、阻燃、导热和高强度等特殊功能，如利用石墨烯的物理阻隔性能，可提高涂料的防腐、防污、阻燃效果；利用其高导电、高导热性能，可开发导电涂料、散热涂料、电磁屏蔽涂料等。
1、石墨烯在功能涂料中的应用特性（1）石墨烯在导电涂料中的应用相对于传统的导电物质，石墨烯具有更加优良的导电性能和良好的机械性能，而且石墨烯比表面积大，导电渗流阈值低，只需很少的添加量即可达到导电的目的，是目前制备导电涂料的不二选择。
目前，市场用量最多的导电填料是导电炭黑，一般添加量为质量分数10%以内就能达到导静电水平，成本远低于石墨烯。
而石墨烯的优势则是添加量少，添加量为质量分数1%以内即可达到导静电水平。
由于添加量少，石墨烯导电涂料的涂层的力学性能一般优于炭黑导电涂料涂层的力学性能，因此石墨烯导电涂料能够实现涂层导电性和力学性能的同步提高。
此外，由于石墨烯的物理阻隔性能可以提高漆膜的致密性，进而提高漆膜的耐溶剂和耐腐蚀性，能够既导静电又耐腐蚀，可以用作石油、化工等领域的导静电涂料。
（2）石墨烯在防火涂料中的应用石墨烯在防火涂料中的阻燃机理被认为是以下几种阻燃作用的叠加：一是石墨烯的二维片层结构能在涂料中层层叠加，形成致密的物理隔绝层，提高阻燃性能。
二是石墨烯可以与涂料中树脂进行交联复合，进一步形成一层致密的保护膜，起到阻隔空气的作用，从而发挥阻燃的效果。
三是在高温下石墨烯涂层燃烧产生二氧化碳和水，并生成更加致密、连续的碳层，阻隔作用更强。
研究表明：具有片层结构的氧化石墨烯在涂料受热膨胀过程中会使自身和基体分子链取向，进而在聚合物碳化过程中形成骨架结构，增加碳层强度，达到阻燃和抑烟的目的。
探析石墨烯的表面改性及其在涂层中的应用
探析石墨烯的表面改性及其在涂层中的应用石墨烯是由一层厚度仅为一个原子的碳原子构成的二维材料。
由于其具有极高的导电性、热传导性、机械强度和化学稳定性，石墨烯有着广泛的应用潜力。
石墨烯的应用受到了其本身表面性质的限制。
为了改善石墨烯的表面性质，需要对其进行表面改性。
表面改性后的石墨烯可以用于涂层材料中，提高涂层的性能和功能。
石墨烯的表面改性主要包括化学修饰和物理修饰两种方法。
化学修饰是通过在石墨烯表面引入化学官能团来改变其表面性质。
常见的化学修饰方法包括氧化、硝化、氯化、磺酸化等。
这些化学修饰可以引入不同的官能团，如羟基、羧基、氯基等，从而改变石墨烯的表面化学性质。
经氧化修饰后的石墨烯表面变得亲水性增强，可以提高涂层的附着力和耐腐蚀性。
物理修饰是通过在石墨烯表面引入微纳米结构来改变其表面形貌和结构。
常见的物理修饰方法包括机械剥离、熔炼、电弧放电等。
这些物理修饰可以在石墨烯表面形成纳米结构，如纳米颗粒、纳米孔等，从而增加石墨烯的表面积和吸附性能。
经物理修饰后的石墨烯表面呈现出多孔结构，可以提高涂层对溶剂和颗粒的吸附能力。
将表面改性后的石墨烯应用于涂层中可以提升涂层的性能和功能。
表面改性后的石墨烯可以作为填料添加到涂层中，用于增加涂层的机械强度、导热性和阻隔性能。
其高导电性和高热传导性可以提高涂层的导电性和导热性，使涂层具有耐高温、防静电、阻燃等功能。
石墨烯表面改性后的亲水性增强，可以提高涂层的附着力和耐腐蚀性。
石墨烯的表面改性还可以通过控制其表面化学性质来实现对涂层中活性物质的选择性吸附和释放。
石墨烯表面引入特定的官能团后，可以吸附和释放特定的物质，从而在涂层中实现对有机溶剂、催化剂、药物等的选择性吸附和释放。
石墨烯在防腐涂料中的应用
2 石墨烯防腐机理2.1 屏蔽作用将防腐涂料涂抹于金属表面上，能够有效隔绝金属基体本身与周边空气两者，这种类型的保护作用就是屏蔽作用[3]。
通常情况下所使用涂料，若只涂单层时其厚度相对比较小，很难起到完全隔绝腐蚀性离子的作用，这主要是因为高聚物膜层一般都存在一定的孔洞，而这些孔洞的平均直径大约为10-5cm ～10-7cm 之间，但是水分子直径和氧分子直径一般在十几纳米左右，在这种情况将石墨烯这种具有纳米性质的材料融入防腐涂料中，能够起到填补涂料本身存在的缺陷作用，以此来隔绝水、氧气等一些气体原子渗透涂层。
根据相关实验研究结果表面，氧气分压所处环境在10-4mbar 以上，石墨烯也可以有效保护金属基底，有效避免其受到腐蚀影响。
基于以上，运用石墨烯材料应用于金属防护涂层所用的防腐涂料中，能够其实避免金属表面与具有腐蚀性、氧化性的介质进行接触，有效防护基地材料。
2.2 缓蚀作用所谓缓蚀作用，就是基于涂料本身特有的成分与金属基体两者发生反映后，促使金属表面因此出现纯化或者是形成具有保护性质的一层防护膜层，通过这种方式来强化涂料的防护作用，将石墨烯加入其中，能够起到对镀层金属的钝化作用，对提升金属基底的耐腐蚀性能具有积极性应用意义。
2.3 加固作用就金属材料本质特征来讲，其经常使用的聚合物涂层很容易某种物质刮坏，但通过将石墨烯与防腐涂料融合于一体后使用，因石墨烯本身具有的机械、摩擦方面的应用性能优势，能够起到强化材料在减摩以及抗磨方面的应用优势；除以上之外，石墨烯还具有重量轻、特性超薄的特征，不会对金属基底带来其他不良的使用影响。
3 石墨烯在防腐涂料中的应用3.1 石墨烯-环氧树脂涂料所谓石墨烯-环氧树脂涂料，简单来讲就是采用物理混合的方式将自制石墨烯分散液和双组份水性环氧树脂两者混合起来制作而成[4]。
其一，通过对极化曲线、电化学阻抗以及中性0 引言就石墨烯改性涂料的特性来讲，能够实现长时间在高温环境下开展工作，由此可以看出，这种类型的涂料具有良好的耐热性、耐光照老化等优势，而石墨烯的这些应用优势对于涂料而言具有非常大的应用意义，因此将石墨烯与涂料两者结合起来使用，能够有效强化涂料在使用中的导热性、防腐性等应用性能，同时也可以应用于各种环境相对比较恶劣且极端的环境下使用。
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。
石墨烯及其在防腐涂料中的应用研究
石墨烯及其在防腐涂料中的应用研究作者：马誉菀赵健杨安卫来源：《中国化工贸易·中旬刊》2019年第08期摘要：石墨烯具有优异的结构性能和广泛的应用前景。
它可用于电子工业、超级计算机、超级电容器和复合材料、涂料等领域。
今后，石墨烯将引发半导体、光伏、能源、航天、国防、军工等行业的革命性技术变革，成为国民经济增长的重要组成部分。
关键词：石墨烯;防腐涂料;应用0 前言石墨烯因其化学稳定性高、抗氧化性能强以及独特的化学惰性而受到重视。
此外，石墨烯对氧气和水等腐蚀介质还具有极高的抗渗透性，加入到防腐涂层中可以起到较好的物理屏障作用，在防腐涂料中用作防腐添加剂的研究已有一定进展。
传统防污涂料通常采用添加汞、铜、锡等重金属氧化物（毒性物质）的方式，来抑制海洋微生物附着在船体表面，以达到防污的效果。
1 石墨烯概述石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，具有单原子层的石墨结构，只有一个碳原子厚度的二维材料。
石墨烯有多种优异性能，例如：①目前它是世界上最薄、最坚硬的纳米材料，同时还具有很好的柔韧性;②它的吸收率只有2.3%，因此它几乎是完全透明的;③它的导热系数高达5300W/（m·K），比碳纳米管和金刚石的都高;④常温下它的电子迁移率超过15000cm2/（V·s），具有比铜或银更低的电阻率;⑤它具有极大的比表面积（理论比表面积可达2600m2/g以上）。
石墨烯在高机械强度、高比表面积、高导电性等方面和其他材料相比具备极大优势，可用于生产性能优异的复合材料，用于化学电源、超级电容器的电极材料等方面。
石墨烯具有片状结构，可与其他物质形成“面—面”接触，使复合材料具备导电、导热、防腐、电磁屏蔽等多种功能，具有极大的硬度、稳定的化学性质等优异性能。
总的来说，石墨烯是当今材料界中最薄、最坚硬、最导热、最导电的材料。
国际上给出的定义是，只有1～2层碳原子的纳米薄片才能称之为“石墨烯”，并且只有没有任何缺陷的石墨烯才具备完美特性。
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%。
《胺基化石墨烯制备及其在水性环氧防腐涂料中的应用》范文
《胺基化石墨烯制备及其在水性环氧防腐涂料中的应用》篇一一、引言随着环境保护意识的日益增强，水性涂料因其低污染、低毒性、环保等优点逐渐成为涂料领域的研究热点。
其中，水性环氧防腐涂料以其优异的防腐性能和良好的装饰效果在工业防腐领域得到了广泛应用。
然而，传统的水性环氧防腐涂料仍存在耐磨性、耐候性及防腐性能的不足。
为了进一步提高其性能，研究人员将目光投向了新型的纳米材料，如胺基化石墨烯。
本文旨在研究胺基化石墨烯的制备及其在水性环氧防腐涂料中的应用，为水性环氧防腐涂料的性能提升提供新的思路。
二、胺基化石墨烯的制备1. 材料与方法胺基化石墨烯的制备主要采用化学气相沉积法（CVD）和化学还原法相结合的方法。
首先，通过CVD法在铜箔上制备出高质量的石墨烯薄膜；然后，通过氧化和胺基化反应将胺基（如-NH2）引入石墨烯表面；最后，经过高温热处理或化学还原法去除铜箔并还原石墨烯。
2. 制备过程及原理制备过程中，首先将石墨粉进行氧化处理，使其表面含有丰富的含氧官能团。
然后，在高温条件下，利用CVD法在铜箔上生长出石墨烯薄膜。
接着，通过化学反应将胺基引入石墨烯表面，形成胺基化石墨烯。
最后，经过高温热处理或化学还原法去除铜箔并还原石墨烯，得到纯净的胺基化石墨烯。
三、胺基化石墨烯在水性环氧防腐涂料中的应用1. 胺基化石墨烯的分散与改性将制备好的胺基化石墨烯加入到水性环氧树脂中，通过高速搅拌和超声波分散技术使其均匀分散在涂料中。
为了提高其与环氧树脂的相容性，还可采用偶联剂进行表面改性。
2. 涂料的制备与性能测试将经过分散和改性的胺基化石墨烯与水性环氧树脂混合均匀，再加入其他助剂如分散剂、成膜助剂等，搅拌均匀后即可得到胺基化石墨烯水性环氧防腐涂料。
通过实验测试其性能，包括干燥时间、附着力、硬度、耐磨性、耐候性及防腐性能等。
四、实验结果与分析通过实验发现，添加了胺基化石墨烯的水性环氧防腐涂料在各方面性能上均有显著提升。
其干燥时间缩短，附着力增强，硬度、耐磨性和耐候性均有所提高。
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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 石墨烯除了有 料的导电性能有很大影响。相比银粉， 还具备优异的机械性能及热性 很好的导电性能外， 是极佳的导电涂料添加剂。 Pham 等 能， 如图 1 所示。
［17 ］
［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 然后除去金属基底得 行高温分解而重构生成石墨烯， 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 、
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 该法不破坏石墨烯的共轭结构， 可保 石墨烯的改性， 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
［16 ］
， 杆是带共轭结构的亲油性低聚物， 线则是亲水
该复合材料在水和有机溶剂中都显示出很好 性 PEG， 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
前者主要是指纯石墨烯在金属表面发挥 烯复合涂料， 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
， 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 ］
。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 ］ 单元。石墨烯的强度高达 130 GPa ， 是迄今发现的
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
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 发生单体 － 单体间、 单体 － 石墨烯 － 单体间聚 体中， 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 第 3 种方法是使聚合物在石墨烯上生长， 三者均 物， 能有效地使石墨烯剥离并均匀分散 。
［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 ħ ， 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
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 反应得到氧化石墨； ② 借助外力剥离得到氧化 石墨， 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。
石墨烯具有独特的性能和潜在的应用前景 ， 目前 曾有科 已成为全世界的关注焦点与研究热点 。此前， 学家 认 为 二 维 晶 体 在 有 限 温 度 下 是 不 可 能 存 在 的
［1 ］
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 对石墨烯的制备、 改性及其在涂料中的应用进 成果， 行了概述， 以期拓宽石墨烯的工业应用。
。 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 ˑ
［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 因此可以通过对石墨烯氧化 － 还原程度的调 轭结构， 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。
［ 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 ］
再按需要进行还原。 将 GO 功能化改性，
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
科 学 视 点
Application of Graphene in Functional Coatings
Cai Wenxi，Sheng Xinxin，Zhang Xinya，Zhong Li
（ South China University of Technology，School of Chemical and Chemistry Engineering，Guangzhou 510641 ，China）
ˑ 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 电阻可低至 10 达到 80% 。
2 3 ［18 ］
， 涂膜表面
10 Ω / sq， 在 550 nm 波长下透光率
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 2% 不同比例石墨烯的 环氧树脂中制备出含 0. 5%
3. 2. 1
ห้องสมุดไป่ตู้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
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
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 ħ 提高到 372 ħ ， 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 用 原生多层石墨烯涂层薄膜； 另一种以铜作为衬底， 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 后者制备的涂膜可使腐蚀减慢 4 倍。 蚀减慢 20 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