Page 110 - 2025年7月防腐蚀专辑
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王 冰等:石墨烯基自修复防腐涂层的研究进展
coatings was described. Then,he effects of graphene derivatives on the mechanical properties
t
and barrier effects of coatings were investigated. Finally,the actual application issues of
graphene-based self-healing anticorrosive coatings and future development directions have
been explored. It was investigated that there are still many limitations of coatings with single
healing mechanism,and graphene-based self-healing coatings with multiple healing
mechanisms and multifunctionality would be the new trend of development in the future,which
should be verified in the field in combination with application environments before actual
application.
Key words:graphene;graphene derivatives;self-healing coating;energy conversion;
blocking effect
金属腐蚀会带来大量的经济损失和安全 , 多的人关注到这一种防腐方式。本文主要从以下几个
随着科学技术的发展,涂层防护技术、电化学防护技 方面综述了石墨烯基自修复涂层的研究现状:(1)阐
术及包覆技术已成为主流的腐蚀控制 施,在实际 述了 2 种自修复机理;(2)石墨烯衍生物在 2 种自修
运用过程中,涂层防护是目前应用最广泛的腐蚀控 复机制中发挥的作用及复合机制的研究进展;(3)石
制 施。目前普遍认同涂层防护主要起到阻隔作 墨烯衍生物在涂层防腐性能中发挥的促进作用。
用、牺牲阳极防护作用、缓蚀 化作用,因此,有机防
腐涂层广泛应用在海洋、航空、石油等领域 ,但是传 1 自 复机理
[1]
统有机涂料存在 2 个 端:(1)聚合物链之间并不是 1. 1
严丝合缝的,存在较大的间隙,不能形成良好的阻隔 本征型自修复机制
本征型自修复机理是指聚合物或填料内断裂的
效应;(2)传统涂料一般为溶剂型涂料,有机溶剂挥
固有键或物理结构在外界条件刺激下重组实现可
发时不仅带来环境影响,同时涂层表面会形成微孔,
修复 。按照可 键的类型可分为共价型和非共价
[6]
影响涂料防护性能。将有机或无机纳米填料(如云
型。动态可 共价反应一般包括 Diels-Alder(DA)反
、玻璃、二氧化硅等)添加至涂料中可以大大提高
应、二硫键、二 键 等,其中 DA 反应是本征型自修
[7]
涂层的屏蔽性能。
石墨烯是最薄的二维碳材料,因其超高的比表 复机制中较常用的反应类型;动态可 非共价作用
[8]
面积、良好的化学稳定性及阻隔性能,近年来在防腐 是指物质之间的物理相互作用,包括氢键作用 、金
[9]
[10]
领域备受关注 。普通石墨烯虽然具有良好的防腐 属-配体相互作用 、主体- 体相互作用 、π-π 相
[2]
[11]
性能,但因其生产成本较高,溶解度低,且在复合涂 互作用 等。
层中易团聚,其工业实际应用受到制约 。氧化石墨 1. 1. 1 反应
[2]
烯(GO)、还原氧化石墨烯(rGO)等石墨烯衍生物,因 DA 反应是指在热 导条件下发生的环加成反
表面具有亲水性含氧官能团,如羟基、羧基和环氧 应,具有简单高效的特点 。通常情况下,通过可
[7]
基,不仅可溶于水和部分有机溶剂,提高其在溶剂中 共价键实现涂层修复需要较高的能量支持键的断裂
的相容性及分散性,而且可以合成功能性涂料,实现 与再结合,将涂层外部的能量转换为热量,促进断裂
智能化及定制化需求 ,引起较多关注。 两侧的聚合物靠 ,修复可 键。但是单纯加热整
[3]
近些年来,为了降低维修成本,具有长效防护和防 个涂层会对其他未破坏部分造成损害,相比之下,光
裂的功能材料越来越受到人们的关注,自修复涂层是 因其远距离穿透和非接触的特点 ,将能量转换为热
[12]
指在光、热或pH等外界条件刺激下修复损伤的涂层, 量,加速涂层的修复 ,可实现材料的长期使用,降低
[13]
与普通材料相比,具有长效服务的优势 [4-5] 。石墨烯基自 后期维护成本。目前已有 多研究着力于制备以红
修复涂层将石墨烯衍生物优越的物理化学性能与涂 外光、微波等作为刺激源的自修复材料,并取得了良
层自修复能力相结合,不仅提高了自身阻隔能力,更 好的进展。
在一定程度上加强了主动自修复的效果,因此越来越 而二硫键是一种较弱的共价键,在光、热或者机
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