Page 111 - 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
械作用力下能发生裂解，在特定条件下能与硫醇实 维片状结构，具有超高的比表面积，能阻隔小原子或
现快速交换 [14-15] 。 化合物扩散通过，同时具备热传导性能及大π共轭结
1. 1. 2 相 用 构赋予的与其他极性官能团反应的特殊性能，在自
[21]
与共价反应相比，可 非共价相互作用需要的 修复涂层中能发挥正向作用 。与之相比，石墨烯衍
能量更低，反应条件更温和，具有更高的自修复效 生物（如氧化石墨烯、还原氧化石墨烯等）兼具石墨
率。常用的可 非共价相互作用是氢键作用和金 烯的优异性能，同时具备反应活性位点，理论上可以
属-配体相互作用。这 2种作用强度均介于共价键与 在本征型及外 型自修复机制中发挥更好的正向
范德华力之间。氢键的键能较低，不需要特定的化 作用。
学反应，断裂的两端在接触的情况下，就能实现自动 2. 1 本征型石墨烯基自修复涂层
修复，但是这种自修复效果有限 。同时氢键结构较 动态可 的化学键或相互作用力是本征型自修
[16]
为特殊，可在玻璃化转变温度（T）较低的基材中起增 复机制的核心。为了构建这种动态可 的化学键或
g
强剂的作用，因此多与其他动态键结合使用，增强材 相互作用力，通常在石墨烯衍生物上接枝官能团或
料的弹性及韧性。金属配位键具有热力学稳定的结 者引入聚合物。
构，具有较强的适用性 。金属离子和配体在聚合物
[17]
2. 1. 1 反应
中形成交联网状结构，能快速实现金属配位键的重
常规的自修复材料具有较低的自修复效率，通
组，因此能实现较强的自修复效果 [5，7，16] 。一般基于非
常不具备多种刺激源，不能形成多通道自修复机
共价作用的自修复涂层的力学性能较弱，为解决这
制 。研究学者借助官能化 GO 优越的光热转换能力
[4]
个问题通常需要复合多种自修复机制或多种非共价
来促进能量的传递和转换以提高响应速率及自修复
作用以提高力学强度。 效率，同时形成多通道自修复机制。Li等 利用官能
[22]
1. 2 外 型自修复机制 化 GO 接枝率高的特性及其在基材中优异的光热转
外 型自修复机理是指通过添加各种修复剂， 换效率，制备了具有交联网络结构的聚合物/石墨烯
涂层破坏后释放修复剂实现自修复。一般通过吸附 基自修复材料，可实现通过热、红外光、微波控制的
作用负载或微 包裹各种修复剂，使其与树脂混合 DA 动态可 自修复。官能化 rGO 接枝聚氨酯链后，
均匀，待受到外界刺激后释放，在破损处形成 化膜 在聚氨酯基体材料中具有优异的相容性，借助这种
或在破损处填补缝隙，阻止腐蚀因子进一步侵入，实 性质，Du 等 通过原位聚合制备了 DA 反应交联聚氨
[23]
现涂层的自修复效果。修复剂主要包括金属缓蚀剂 酯/官能化 rGO，其中热固性聚氨酯具有自修复性，而
及聚合物修复剂 。金属缓蚀剂主要是通过在金属 官能化 rGO材料的加入，使得该材料具有较高的热稳
[18]
表面形成一层 化膜，阻碍了阳极与阴极之间的电 定性和光热效应，能表现出较优异的自修复效率。
子流，抑制金属腐蚀反应从而促进受损涂层修复。
2. 1. 2 相 用
根据缓蚀剂在腐蚀微电池中的作用可分为阴极缓蚀
在可 非共价自修复涂层中，石墨烯通常接枝
剂、阳极缓蚀剂以及混合型缓蚀剂 。而聚合物修复
[19]
功能分子，通过氢键作用、π-π 相互作用等实现涂层
剂一般为液态，当裂缝产生后，以其流动的特性填满
自修复性能，其中石墨烯衍生物主要起到负载作用。
裂缝并固化，从而修复涂层。常规的聚合物修复剂
Ye 等 利用石墨烯负载碳量子点，将其分散在环氧
[11]
需与催化剂混合使用，以达到填满裂缝固化的效果，
（EP）基质中制成官能化碳量子点改性石墨烯/EP 涂
但催化剂很难在聚合物修复剂中分散均匀，一定程
层，其中碳点与石墨烯之间形成 π-π 相互作用，赋予
度上限制了聚合物修复剂在自修复涂层中的应用。
该材料自修复能力及优越的物理屏障能力，对钢材
部分研究着力于制备不需催化剂或者固化剂的单组
具有较好的保护性能，同时氢键的形成对涂层的光
分聚合物修复剂，已小有成效 。
[20]
热转换效率及防腐性能具有一定的改善作用 。
2 烯 物 自 复机制中发挥 Manabe 等 借助聚合物中多层石墨烯材料具有的两
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的 用 性湿润性和自修复性能合成了一种两性可湿润的自
修复材料，可在 60 s内使得 100 μm 的划痕 合，大约
石墨烯是由 sp 碳原子以理想的 角形组成的二 300 s 内使得表面平整。支化聚乙烯亚胺（bPEI）、聚
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