陳建華，李文戈，趙遠(yuǎn)濤，錢素萍，Odhiambo J. Gerald,4

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石墨烯在防腐防污涂料中的應(yīng)用進(jìn)展

陳建華1，李文戈2，趙遠(yuǎn)濤2，錢素萍3，Odhiambo J. Gerald2,4

（1.威海海洋職業(yè)學(xué)院 船舶工程系，山東 威海 264300；2.上海海事大學(xué) 商船學(xué)院， 上海 201306；3.上海奇想青晨涂料技術(shù)有限公司，上海 201505； 4. School of Mechanical, Manufacturing & Materials Engineering, Jomo Kenyatta University of Agriculture and Technology, P.O Box 62000-00200 Nairobi, Kenya）

石墨烯具有極好的阻隔性能、屏蔽性能及化學(xué)穩(wěn)定性，其在防腐防污涂料中的應(yīng)用已經(jīng)被深入研究。介紹了石墨烯對防腐防污涂層性能的影響：降低水、氧氣等腐蝕介質(zhì)的滲透率，加強抗生物附著性，抑制微生物腐蝕。分析了石墨烯在涂料中的應(yīng)用缺陷及產(chǎn)生原因：極強的范德華力導(dǎo)致石墨烯在涂料中分散性差、易團(tuán)聚，高化學(xué)穩(wěn)定性及疏水性導(dǎo)致石墨烯與成膜物質(zhì)結(jié)合性差，超高的導(dǎo)電性導(dǎo)致石墨烯膜在失效時加速金屬腐蝕。綜述了為應(yīng)對石墨烯在防腐防污涂料中的應(yīng)用缺陷，國內(nèi)外學(xué)者采用的主要方法：采用改性處理方法制備改性石墨烯（GO、RGO、FG）以及合成石墨烯復(fù)合顆粒（石墨烯修飾納米粒子，即GO-Al2O3顆粒、GO-TiO2顆粒、GO-SiO2顆粒等；樹脂負(fù)載石墨烯復(fù)合填料，即石墨烯/聚苯胺復(fù)合填料等）。最后展望了石墨烯及其衍生物在防腐防污涂料中的發(fā)展。

石墨烯；防蝕性能；防腐涂料；表面改性；防污涂料；復(fù)合顆粒

石墨烯因其化學(xué)穩(wěn)定性高、抗氧化性能強以及獨特的化學(xué)惰性而受到重視[1-4]。此外，石墨烯對氧氣和水等腐蝕介質(zhì)還具有極高的抗?jié)B透性[5-8]，加入到防腐涂層中可以起到較好的物理屏障作用，在防腐涂料中用作防腐添加劑的研究已有一定進(jìn)展[9]。傳統(tǒng)防污涂料通常采用添加汞、銅、錫等重金屬氧化物（毒性物質(zhì)）的方式，來抑制海洋微生物附著在船體表面，以達(dá)到防污的效果[10]。但該類添加劑對海洋環(huán)境具有高破壞性，因此為滿足綠色環(huán)保的要求，需要探索一些新型綠色添加劑。石墨烯作為一種綠色環(huán)保材料，因具有獨特的幾何性質(zhì)（高縱橫比、二維形狀）、化學(xué)和熱穩(wěn)定性、高透明度以及高機械性能而受到防污涂料領(lǐng)域?qū)＜业闹匾昜11-15]。在涂料中加入石墨烯可以在不破壞海洋環(huán)境的前提下，顯著降低細(xì)菌附著在涂層表面的結(jié)合力[16]。另外，石墨烯的加入還可以減弱微生物腐蝕電流對金屬基體的影響[17]。但是，石墨烯在涂料中的應(yīng)用也存在一定弊端：1）由于石墨烯片層之間存在較強的范德華力作用，因此石墨烯在有機涂料中容易發(fā)生團(tuán)聚[18]、沉淀現(xiàn)象，且穩(wěn)定性較差[19]。2）石墨烯本質(zhì)上的高化學(xué)穩(wěn)定性和疏水性表面狀態(tài)等，極易導(dǎo)致石墨烯分散和功能化困難[20]。3）由于石墨烯導(dǎo)電性能優(yōu)異并且電位要高于大多數(shù)金屬，因此當(dāng)石墨烯膜存在缺陷或者失效時，海水等電解質(zhì)溶液與石墨烯和金屬基體接觸后，會構(gòu)成原電池腐蝕反應(yīng)，加速腐蝕效應(yīng)[21]。

因此，為解決以上弊端，研究人員大多選擇在涂料制備前對石墨烯進(jìn)行預(yù)處理，主要方法有采用改性處理方法制備改性石墨烯和合成石墨烯復(fù)合顆粒（石墨烯修飾納米粒子、樹脂負(fù)載石墨烯復(fù)合填料），這些方法成功地克服了石墨烯在防腐防污涂料中的應(yīng)用缺點，使涂料性能得到顯著提高。本文主要對上述石墨烯的改性方法進(jìn)行綜述，并對石墨烯在防腐防污涂料應(yīng)用中的發(fā)展趨勢進(jìn)行分析。

1 石墨烯的分類及應(yīng)用

石墨烯作為防腐添加劑，可以與傳統(tǒng)樹脂相結(jié)合，制備性能優(yōu)良的防腐蝕涂料，目前已報道的有：石墨烯-聚苯胺防腐涂料[22]、石墨烯-環(huán)氧樹脂防腐涂料[23-25]、石墨烯-聚乙烯醇縮丁醛防腐涂料[26]、石墨烯-聚苯乙烯防腐涂料[27]、石墨烯-聚甲基苯烯酸甲酯防腐涂料[28-29]、石墨烯-聚氨酯防腐涂料[30-32]、石墨烯-醇酸樹脂防腐涂料等。此外，石墨烯改性涂料還具有良好的防污和抗菌能力[33]。

直接在涂料中添加石墨烯會出現(xiàn)石墨烯分散不均勻、易沉聚的情況，從而導(dǎo)致石墨烯在防腐防污涂料中不能表現(xiàn)出其該有的防腐蝕特性。團(tuán)聚成顆粒狀的石墨烯導(dǎo)電性極強，Sun等[34]的研究證明了在涂層的破損處，電位更高的石墨烯與金屬接觸可以構(gòu)成電化學(xué)腐蝕條件，加速金屬腐蝕。對于這些問題，目前國內(nèi)外的研究者主要是通過對石墨烯進(jìn)行改性處理或修飾處理制作納米復(fù)合顆粒等方法來提高石墨烯在涂料中的分散性。

1.1 改性石墨烯

為解決石墨烯在涂料中易團(tuán)聚以及與樹脂結(jié)合力差的難題，國內(nèi)外學(xué)者通過借助熱還原[29]或者化學(xué)偶聯(lián)劑[35]等方法對石墨烯表面進(jìn)行改性處理，從而制作氧化石墨烯（GO）、還原氧化石墨烯（RGO）以及功能化石墨烯（FG）。表面改性后的石墨烯具有更多的官能團(tuán)，與樹脂的結(jié)合力更好，在涂料中的分散更均勻。

Li等[9]分別制作了100%聚氨酯涂層樣板（PU）、添加0.2%氧化石墨烯的聚氨酯涂層樣板（0.2% GO/PU），添加0.2%還原氧化石墨烯的聚氨酯涂層樣板（0.2%RGO/PU）以及添加0.2%功能化石墨烯的聚氨酯涂層樣板（0.2%FG/PU）。各涂層斷裂面的SEM圖像如圖1所示。純聚氨酯涂層的斷面表面光滑，而添加GO，RGO和FG的聚氨酯復(fù)合涂層的斷裂面由于石墨烯層的分布而變得粗糙。相比較添加FG的聚氨酯復(fù)合涂層，添加GO和RGO的聚氨酯復(fù)合涂層的斷裂面相對平滑，表明添加GO和RGO的聚氨酯復(fù)合涂層具有更好的統(tǒng)一性和相容性。利用鹽霧實驗（實驗條件為35 ℃，5%氯化鈉溶液，時間為24、48 h）與電化學(xué)阻抗譜（EIS）實驗（采用PARSTAT 4000電化學(xué)工作站，電位振幅為±5 mV，頻率范圍為0.1~10 000 Hz）對各個樣板的腐蝕性能進(jìn)行分析，結(jié)果分別如圖2與圖3所示。可以看出，0.2%RGO/PU比0.2%GO/PU和0.2%FG/PU具有更好的防腐蝕性能。這是由于相較于氧化石墨烯和功能化石墨烯，還原氧化石墨烯表面具有更多的官能團(tuán)，與樹脂的結(jié)合效果更好，在聚氨酯樹脂中分散性更好，分散更均勻。

圖1 涂層斷裂面的SEM圖像[9]

圖2 幾種聚氨酯涂層的鹽霧實驗效果圖[9]

Wang等[36]通過控制GO還原時間，成功制備了不同含量含氧官能團(tuán)的還原氧化石墨烯（RGO），并把制備的RGO作為增強劑分散在環(huán)氧樹脂（EP）中，觀察經(jīng)RGO強化后環(huán)氧樹脂的防腐性能。研究表明，RGO表面含氧官能團(tuán)的數(shù)量直接影響石墨烯的結(jié)構(gòu)、分散狀態(tài)和表面性質(zhì)。表面大量的含氧官能團(tuán)為RGO與環(huán)氧樹脂鏈之間的相互作用提供了良好的條件，這就使得石墨烯片更好地分散在環(huán)氧樹脂基體中。通過對制備好的涂層進(jìn)行EIS與鹽霧實驗檢測發(fā)現(xiàn)，添加適量含氧官能團(tuán)的RGO可顯著提高涂層的防腐蝕性能。圖4為各試樣經(jīng)過148 h鹽霧實驗的外觀腐蝕形態(tài)。可以發(fā)現(xiàn)，鐵試片在還原1 h的EP/RGO涂層的劃痕處，腐蝕蔓延程度最輕，說明該EP/RGO涂層防腐性能最佳。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，EP/RGO涂層可以有效抑制大腸桿菌的生長，這主要是由于存在含氧官能團(tuán)，這會在石墨烯片中產(chǎn)生大量缺陷，以吸收更多的氧，從而增加氧化電位，并使細(xì)菌喪失活性。

圖3 PU、0.2%GO/PU、0.2%RGO/PU與0.2%FG/PU的EIS計算電阻值與浸泡時間的關(guān)系圖[9]

圖4 各試樣經(jīng)過148 h鹽霧試驗的外觀腐蝕形態(tài)[36]

Chang等[29]研究發(fā)現(xiàn)，用熱還原的方法可以改變氧化石墨烯表面羧基官能團(tuán)的數(shù)量，從而影響石墨烯在聚甲基苯烯酸甲酯涂料中的分散性。研究表明，石墨烯表面羧基官能團(tuán)的數(shù)量越多，石墨烯在聚甲基苯烯酸甲酯涂料中分散越均勻，固化后的涂層的防腐蝕性能越好。Li等[35]研究發(fā)現(xiàn)，用鈦酸酯偶聯(lián)劑處理后的功能化石墨烯可以均勻地分布在水性聚氨酯樹脂中，當(dāng)涂層中石墨烯含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)計）為0.4%時，所得到的石墨烯水性聚氨酯防腐涂層的防腐性能最佳。房亞楠等[37]采用硅烷偶聯(lián)劑對石墨烯的表面進(jìn)行官能團(tuán)接枝改性處理，并將處理后的石墨烯加入到氟碳樹脂中，成功制備了石墨烯氟碳復(fù)合涂層，利用阻抗譜、極化曲線和鹽霧實驗分析了不同石墨烯含量的石墨烯氟碳復(fù)合涂層的耐蝕性能。研究發(fā)現(xiàn)，表面接枝改性后的石墨烯在涂層中分散更均勻，當(dāng)涂層中石墨烯含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)計）為0.4%時，石墨烯氟碳復(fù)合涂層對Q235鋼的防護(hù)性能最佳。

石墨烯在涂料中易團(tuán)聚、分散不均勻以及與涂層結(jié)合力差一直是阻礙石墨烯防腐涂料發(fā)展的一大障礙，通過對石墨烯進(jìn)行表面改性可以改變石墨烯表面含氧官能團(tuán)的數(shù)量，增強石墨烯與樹脂的親和力，從而提高石墨烯在涂料中的分散性，使得石墨烯均勻地分布在涂層中，更加高效地阻礙腐蝕介質(zhì)穿過涂層腐蝕基材。改性石墨烯的出現(xiàn)推動了石墨烯防腐防污涂料的應(yīng)用研究。

1.2 石墨烯復(fù)合顆粒

1.2.1 石墨烯-納米粒子復(fù)合顆粒

通過將納米粒子負(fù)載在石墨烯片層上制作石墨烯-納米粒子復(fù)合顆粒，已經(jīng)成為海洋防腐防污涂料石墨烯基填料的另一個研究方向。目前，國內(nèi)外學(xué)者在石墨烯片層上負(fù)載銀、二氧化鈦、氧化鋁、二硫化鉬、四氧化三鈷、二氧化硅、碳酸鈣和氧化鋅等納米顆粒，成功制作了石墨烯-納米粒子復(fù)合顆粒，研究了石墨烯-納米粒子復(fù)合顆粒對涂料防腐防污性能的影響[38-51]。研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯-納米粒子復(fù)合顆粒能夠有效提高涂層的防腐防污性能，其效果明顯優(yōu)于在涂料中直接加入石墨烯和納米顆粒。

Yee等[38]采用新型二步聲化學(xué)剝離法從石墨中剝離出大片狀的石墨烯片，并用檸檬酸鹽對石墨烯片進(jìn)行水熱還原，再加入硝酸銀，將Ag顆粒負(fù)載在微米尺寸的石墨烯薄片上，合成石墨烯-銀復(fù)合顆粒（GAg），其SEM圖像及EDS分析如圖5所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著硝酸銀質(zhì)量的升高，石墨烯片上所負(fù)載的Ag顆粒容易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，且顆粒尺寸相對較大。當(dāng)硝酸銀所占比重較小時，Ag顆粒尺寸較小，且分布較均勻。通過防污實驗發(fā)現(xiàn)，石墨烯-銀復(fù)合顆?？梢愿蓴_海洋細(xì)菌生物膜的形成，與純石墨烯和純銀顆粒相比，石墨烯-銀復(fù)合顆粒更能抑制海洋微藻的生長活性。

Zhou等[39]制備了石墨烯-二氧化鈦（RGO-TiO2）納米復(fù)合顆粒改性的聚氨酯防污涂料，并研究了不同組分對防污性能的影響。實驗表明，當(dāng)RGO-TiO2中石墨烯含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)計）為5%時，改性的聚氨酯防污涂料表現(xiàn)出最好的防污性能。M. Safarpour等[40]在聚醚砜（PES）樹脂中添加RGO-TiO2復(fù)合顆粒來制備復(fù)合材料膜，并研究了RGO-TiO2含量對制備膜形貌和性能的影響。研究表明，與TiO2/PES膜和GO/PES膜相比，RGO/TiO2/PES膜具有最佳的防污性能。

圖5 石墨烯-銀復(fù)合顆粒掃描電子圖像[38]

Zhu等[41]為了制備防污性能更好的海洋船舶防污涂料，把RGO-TiO2納米復(fù)合顆粒作為填料摻入到疏水氟碳樹脂（PEVE）中制成了復(fù)合涂料。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)RGO與TiO2的質(zhì)量比為1∶100時，復(fù)合涂層表現(xiàn)出最好的抗菌性能。在紫外線照射1 h后，這種涂層可以殺死絕大多數(shù)附著于其表面的細(xì)菌，并且這種殺菌性能遠(yuǎn)高于純PEVE涂層和TiO2/PEVE復(fù)合涂層。石墨烯特殊的結(jié)構(gòu)對這種復(fù)合涂層的高防污性能起到了至關(guān)重要的作用：一方面，石墨烯和TiO2形成的異質(zhì)結(jié)能夠有效地提高TiO2的羥基自由基產(chǎn)率，不斷產(chǎn)生的大量羥基自由基具備強氧化性，可以將附著于涂層表面的細(xì)菌和微生物殺死；另一方面，原本TiO2/PEVE復(fù)合涂層因為TiO2的加入，導(dǎo)致氟碳樹脂涂層疏水性降低，而石墨烯的共軛結(jié)構(gòu)使得這種疏水性降低的現(xiàn)象得到改善。

Yu等[20]借助3-氨基丙基三乙氧基硅烷將氧化鋁（Al2O3）負(fù)載在氧化石墨烯（GO）片上，制造了氧化石墨烯-氧化鋁（GO-Al2O3）片狀復(fù)合物，并研究了GO、Al2O3和GO-Al2O3在環(huán)氧樹脂中的分布狀況及其對環(huán)氧樹脂防腐性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在相同濃度的情況下，GO-Al2O3復(fù)合物能夠在環(huán)氧樹脂中達(dá)到更加均勻的分散性和相容性，而且其在增強環(huán)氧樹脂防腐性能方面的表現(xiàn)相對其他兩種添加物更好。

Chen等[42]采用水熱反應(yīng)將MoS2納米顆粒均勻地負(fù)載在GO薄片的表面，對其改性處理，制備了MoS2-RGO納米復(fù)合填料。將該填料添加到環(huán)氧樹脂中，制備了MoS2-RGO/環(huán)氧樹脂復(fù)合涂層。采用EIS和極化曲線等對MoS2-RGO/環(huán)氧復(fù)合涂層的防腐蝕性能進(jìn)行了表征，結(jié)果表明，當(dāng)MoS2與GO的比例為1∶1時，MoS2可均勻負(fù)載在GO表面。MoS2-RGO優(yōu)異的阻隔性能能夠使得添加了MoS2-RGO納米復(fù)合填料的環(huán)氧樹脂涂層的抗腐蝕性和抗?jié)B透性得到顯著提高。

Yu等[43]制備了RGO-(ZnAl-LDH)（還原氧化石墨烯-鋅-鋁層狀雙氫氧化物）納米復(fù)合填料，改性處理后，將其摻入到水性環(huán)氧樹脂中，制備了M-rGO- (ZnAl-LDH)/EP復(fù)合涂層，并研究了GO∶ZnAl-LDH的比例以及M-RGO-(ZnAl-LDH)復(fù)合物的含量對復(fù)合涂層防腐蝕性能的影響。極化曲線、EIS和鹽霧實驗結(jié)果表明，當(dāng)GO∶ZnAl-LDH的比例為2∶1，添加量為0.5%時，涂層的防腐蝕性明顯提高。

在石墨烯片層上負(fù)載納米顆粒，改變了石墨烯的表面結(jié)構(gòu)，解決了石墨烯本身分散難、易團(tuán)聚的難題，石墨烯本身的高比表面積以及低滲透率降低了腐蝕介質(zhì)穿過涂層腐蝕基材的可能性，石墨烯與納米顆粒的結(jié)構(gòu)互補使得像TiO2等納米顆粒的防污效果發(fā)揮得更好。石墨烯-納米粒子復(fù)合顆粒為石墨烯在海洋防腐防污涂料中更廣泛的應(yīng)用提供了新的空間。

1.2.2 樹脂負(fù)載石墨烯復(fù)合填料

為了克服石墨烯在防腐防污涂料中的應(yīng)用缺陷，研究者將樹脂包裹在石墨烯表面，制備了石墨烯復(fù)合顆粒，并將這種復(fù)合顆粒作為防腐防污填料應(yīng)用到涂料中。因此樹脂負(fù)載石墨烯復(fù)合填料也成為石墨烯防腐防污涂料的一個研究方向。

Mansourpanah等[52]利用聚乙二醇-氧化石墨烯（PEG-GO）納米復(fù)合填料對聚酰胺樹脂（PA）薄膜進(jìn)行改性研究。研究表明，改性后的PA薄膜對NaCl和Na2SO4的排斥力有顯著的提高，薄層的防污性能從62%提高到約90%。Sun等[53]利用原位聚合還原/去摻雜法制備了石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料（GPC），其具有片狀結(jié)構(gòu)，電導(dǎo)率低至2.3×10?7S/cm。同時，他們把GPC嵌入聚乙烯醇縮丁醛涂層（PVBc）中，制作了復(fù)合涂層，該涂層在銅的防腐蝕保護(hù)方面具有應(yīng)用前景。由電化學(xué)極化曲線（圖6）和EIS（圖7）分析發(fā)現(xiàn)，與聚苯胺或還原氧化石墨烯（RGO）改性的PVBc相比，GPC改性的PVBc具有更優(yōu)秀的防腐蝕性能。范壯軍等[54]公布了一種制備聚苯胺負(fù)載石墨烯復(fù)合材料的專利，并將這種復(fù)合材料作為填料應(yīng)用于防腐涂料中。實驗發(fā)現(xiàn)，添加聚苯胺負(fù)載石墨烯復(fù)合材料的涂料的防腐性能顯著提高，明顯優(yōu)于單純的聚苯胺涂料。添加石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料的涂層具有更優(yōu)異的防腐蝕性能，主要有以下原因：1）生長在還原氧化石墨烯表面的聚苯胺樹脂具有隔離作用，這樣就避免了石墨烯與金屬底板的直接接觸，具有高導(dǎo)電性的石墨烯就不會因為與金屬接觸產(chǎn)生加速腐蝕效應(yīng)；2）相比于石墨烯，被聚苯胺包覆的石墨烯在涂料中的團(tuán)聚作用明顯減弱，分散更均勻，這可以大大延長涂層中腐蝕性介質(zhì)的擴(kuò)散路徑[55]。

將石墨烯包裹在樹脂中制作石墨烯復(fù)合顆粒，并把其作為填料應(yīng)用到防腐涂料中，可以提高涂料的防腐防污性能。這種被包裹的石墨烯填料在涂料中無法與金屬基材直接接觸，從而避免了石墨烯在腐蝕介質(zhì)中與金屬基材構(gòu)成電化學(xué)腐蝕條件加速腐蝕的情況。另外，該填料相對于表面改性石墨烯（GO、RGO、FGO）具有更好的分散性，能夠保證涂層對腐蝕介質(zhì)的低滲透率，進(jìn)而能夠更好地降低腐蝕介質(zhì)穿過涂層腐蝕基材的可能性。

圖6 聚乙烯醇縮丁醛涂層（PVBc）、石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料涂層（GPCc）、還原氧化石墨烯涂層（RGOc）、翠綠亞胺鹽涂層（ESc）、聚苯胺涂層（PEc）在0.03 mol/L鹽水溶液中24 h后的極化曲線圖[53]

圖7 PVBc（聚乙烯醇縮丁醛涂層）、GPCc（石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料涂層）、RGOc（還原氧化石墨烯涂層）、ESc（翠綠亞胺鹽涂層）、PEc（聚苯胺涂層）在0.03 mol/L鹽水溶液中的Bode相圖和Bode模圖[53]

2 結(jié)論及展望

石墨烯已經(jīng)成功應(yīng)用到防腐防污領(lǐng)域，但在其應(yīng)用過程中仍然存在一些問題：石墨烯表面官能團(tuán)較少，導(dǎo)致石墨烯與涂料的結(jié)合力較差；化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定導(dǎo)致石墨烯官能化困難；片層之間范德華作用導(dǎo)致石墨烯在涂料中分散困難；高導(dǎo)電性導(dǎo)致石墨烯與金屬直接接觸時易產(chǎn)生加速腐蝕效應(yīng)。因此，需要通過對石墨烯進(jìn)行改性處理以改善石墨烯在防腐防污領(lǐng)域中的應(yīng)用?，F(xiàn)在流行的主要改性方法為制備改性石墨烯（GO、RGO、FG）以及合成石墨烯復(fù)合顆粒（石墨烯修飾納米粒子，即GO-Al2O3顆粒、GO-TiO2顆粒、GO-SiO2顆粒等；樹脂負(fù)載石墨烯復(fù)合填料，即石墨烯/聚苯胺復(fù)合填料等）。這些方法可以改善以上應(yīng)用問題，顯著提高涂料的防蝕性能以及防污性能，具有應(yīng)用可行性。

石墨烯經(jīng)過十幾年的研究發(fā)展取得了較大的進(jìn)步，但是石墨烯在防腐防污涂料中應(yīng)用的研究仍以各大高校以及研究所為主。對于石墨烯在防腐防污涂料中的研究仍以實驗探索為主，而對石墨烯的作用機理以及更深的作用空間研究仍不足。因此，關(guān)于石墨烯在防腐防污涂料中的作用機理，需要更深入且全面地研究，從而為石墨烯材料的市場化應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。但是，石墨烯高昂的市場價格仍極大地限制了石墨烯在防腐防污涂料市場中的應(yīng)用。隨著生產(chǎn)工藝的進(jìn)步和科研水平的提高，石墨烯的生產(chǎn)成本勢必會降低，石墨烯材料在防腐防污涂料中的應(yīng)用也會逐漸走向工業(yè)化。

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Application of Graphene in Anti-corrosive and Anti-fouling Coating

1,2,2,3,2,4

(1.Department of Ship Engineering, Weihai Ocean Vocational College, Weihai 264300, China; 2.Merchant Maritime College, Shanghai Maritime University, Shanghai 201306, China; 3.Shanghai QXQC Coating Technology Co., Ltd, Shanghai 201505, China; 4.School of Mechanical, Manufacturing & Materials Engineering, Jomo Kenyatta University of Agriculture and Technology, P.O Box 62000-00200 Nairobi, Kenya)

Graphene has excellent barrier, shielding and chemical stability, the application of graphene in anti-corrosion and anti-fouling coatings has been deeply studied. Studies have shown that adding a certain amount of graphene to traditional coatings can significantly reduce the permeability to corrosive media such as water, oxygen, etc., and can enhance the bioadhesion of coatings and inhibit microbial corrosion. However, some disadvantages also appear in applications of graphene. For example, the strong van der Waals force between graphene lamellae leads to poor agglomeration and dispersion of graphene in coatings; the high chemical stability and hydrophobicity of graphene lead to poor adhesion between graphene and film-forming materials; and the superconductivity of graphene leads to the acceleration of metal corrosion when graphene film fails. In order to diminish the disadvantages of graphene during application, many methods have been explored, in which modified graphene (GO, RGO, FG) and synthetic graphene composite particles (graphene modified nanoparticles: GO-Al2O3particles, GO-TiO2particles, GO-SiO2particles, etc.; resin-supported graphene composite filler: graphene/polyaniline composite filler, etc.) are main methods. Finally, the development of graphene and its derivatives in anticorrosive and antifouling coatings is prospected.

graphene; corrosion resistance; anti-corrosion coating; surface modification; anti-fouling coatings; composite particles

2018-12-13；

2019-03-05

CHEN Jian-hua (1989—), Male, Master, Teaching assistant, Research focus: corrosion and protection of materials.

李文戈（1966—），男，博士，教授，主要研究方向為材料腐蝕與防護(hù)、激光表面工程、金屬基復(fù)合材料。郵箱：liwenge66@163.com

TG174.4; TQ630

A

1001-3660(2019)06-0089-09

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.06.009

2018-12-13；

2019-03-05

陳建華（1989—），男，碩士，助教，主要研究方向為材料腐蝕與防護(hù)。

LI Wen-ge (1966—), Male, Doctor, Professor, Research focus: corrosion and protection of materials, laser surface engineering, metal matrix composite. E-mail: liwenge66@163.com