來源: 中科院之聲
沒有金屬就沒有現(xiàn)代的人類文明,然而金屬腐蝕在我們的日常生活無處不在,如我們乘坐的汽車、輪船、飛機以及生活中使用的鐵鍋、菜刀等生銹現(xiàn)象。
金屬腐蝕遍及國民經(jīng)濟各部門,給國民經(jīng)濟帶來巨大的損失。您知道嗎?全世界每年因腐蝕而報廢的鋼鐵設(shè)備已經(jīng)超過其年產(chǎn)量的30%。更可怕的是,金屬腐蝕還會造成橋梁坍塌、管道泄漏、輪船破沉等災(zāi)難性事故。
石墨烯是新一代防腐材料,它不僅具有可以阻隔幾乎所有氣體的完美屏蔽性能,而且還是目前世界上最薄最堅硬的納米材料之一,是不折不扣的“材料”。
科學家們發(fā)現(xiàn),石墨烯如同“圣衣”一樣可以覆蓋在金屬表面有效阻止金屬和空氣的接觸,對金屬起到良好的保護作用。正當科學家們?yōu)橹老踩艨駮r,來自美國加州大學的Alex Zettl教授指出,石墨烯不能對金屬起到長久保護,因為石墨烯是導電的。
換而言之,一旦石墨烯“圣衣”出現(xiàn)缺陷或破損,哪怕是針孔大小,其中金屬產(chǎn)生的電子就如同螞蟻一樣被不停地從孔中釋放,那么金屬就會不停地被消耗直至殆盡-“千里之堤毀于蟻穴”。
為此,中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所先進涂料與粘合劑實驗室提出以絕緣的白色“石墨烯”氮化硼納米點封裝石墨烯來實現(xiàn)石墨烯涂層的長期防腐概念(圖4)。
白色“石墨烯”即氮化硼,是類石墨烯等電子絕緣材料,其通過超聲碎裂及化學改性技術(shù)制備的極小納米點(直徑一般小于50nm)能夠通過與石墨烯片層間的π-π堆積作用(一種通常存在于芳香環(huán)間的與氫鍵同樣重要的非共價鍵相互作用)如磁鐵一樣吸附于石墨烯表面,起到類似導線絕緣皮套的作用(圖4)。
由于氮化硼納米點富含親水基團(如羥基、羧基、胺基等),該技術(shù)不僅能夠突破制約石墨烯推廣應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸——石墨烯分散技術(shù),還能從根本上消除石墨烯涂層在缺陷處加速金屬腐蝕的隱患,賦予石墨烯長效保護。
氮化硼納米點通常被認為是單層或半層氮化硼納米片,作為超小的“白石墨烯”納米片,其存在除了對石墨烯起到封裝作用外,不會對石墨烯的屏蔽作用(即阻隔水、空氣和腐蝕電解質(zhì)的特性)造成影響。同時能夠抑制石墨烯在涂料中的沉淀和團聚,限度地增強石墨烯涂層的防腐性能(圖4),為石墨烯防腐涂料的商業(yè)化應(yīng)用進程打開了一個新的突破口。
該技術(shù)還有助于石墨烯在防靜電涂層、導熱涂層、電子封裝材料及導熱材料等領(lǐng)域的應(yīng)用取得新進展。
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