中國(guó)粉體網(wǎng)訊  石墨烯具有獨(dú)特的納米片層結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的導(dǎo)電性、力學(xué)性能和阻隔性能，是近年來(lái)復(fù)合材料（涂層）領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，石墨烯由于其高比表面積和層間作用力使其在高分子樹(shù)脂基體中易發(fā)生團(tuán)聚，無(wú)法充分發(fā)揮石墨烯單層或少層的優(yōu)異特性，限制了其在很多領(lǐng)域中的應(yīng)用。

中科院寧波材料所海洋功能材料團(tuán)隊(duì)王立平研究員與趙海超研究員指導(dǎo)的有機(jī)功能涂層小組，一直致力于石墨烯的化學(xué)和物理改性以及石墨烯多功能復(fù)合涂層的制備與研究。該團(tuán)隊(duì)基于石墨烯與導(dǎo)電聚合物間的π-π相互作用，通過(guò)可控聚合制備可溶性導(dǎo)電聚合物并結(jié)合超聲分散實(shí)現(xiàn)石墨烯的液相剝離，其在常規(guī)涂料用有機(jī)溶劑中的分散濃度達(dá)5 mg/mL，剝離后的石墨烯片層平均厚度在2-3 nm（圖1）。通過(guò)導(dǎo)電聚合物對(duì)涂層基底的鈍化作用和石墨烯二維納米片層結(jié)構(gòu)的屏蔽和自潤(rùn)滑效應(yīng)，僅添加少量剝離的石墨烯（0.5%）環(huán)氧復(fù)合涂層的耐腐蝕性、潤(rùn)滑性和耐磨性都得到了大幅提高。相關(guān)工作已發(fā)表在碳材料領(lǐng)域權(quán)威期刊（Carbon, 2017, 114, 356–366）并申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)枺?016110098128）。

圖1.石墨烯分散液的制備示意圖

圖2.石墨烯改性復(fù)合涂層的耐腐蝕性與耐磨性

石墨烯的疏水性使其在水和水性樹(shù)脂中的分散難以實(shí)現(xiàn)。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)微乳液聚合制備了水溶性的導(dǎo)電聚合物乳膠納米粒子作為石墨烯的插層劑（圖3），實(shí)現(xiàn)了石墨烯二維納米片在水性樹(shù)脂中穩(wěn)定分散，制備的水性環(huán)氧涂層，由于石墨烯在基體中形成物理阻隔層延長(zhǎng)腐蝕介質(zhì)的擴(kuò)散路徑，減緩腐蝕；導(dǎo)電聚合物能夠使金屬表面生成致密的鈍化膜，抑制腐蝕，協(xié)同提高復(fù)合涂層的耐腐蝕性，并通過(guò)掃描振動(dòng)電極技術(shù)(SVET)研究表明涂層具有自修復(fù)性能（圖4）。相關(guān)工作發(fā)表在ACS Applied Material & Interfaces上。

圖3.石墨烯雜化物的結(jié)構(gòu)與電鏡照片

雜化復(fù)合涂層的腐蝕防護(hù)機(jī)理與耐腐蝕性研究

圖4.（a）空白水性涂層，（b）導(dǎo)電聚合物復(fù)合涂層（c）石墨烯雜化復(fù)合涂層缺陷處的局部電流密度分布圖

上述研究工作獲得中科院“百人計(jì)劃”（Y60707WR04）、中科院前沿科學(xué)研究計(jì)劃（QYZDY-SSW-JSC009），浙江省石墨烯重大科技專項(xiàng)（2015C01SA790002）以及浙江省自然科學(xué)基金（Y16B040008）的資助。