最近，在ACS Nano杂志上发表了一篇文章，讨论了使用石墨烯环氧树脂作为有效剂以防止腐蚀的前景。
研究：低缺陷工程石墨烯的仿生多功能石墨烯 – 环氧防腐涂料。图片来源：PRJ /Shutterstock.com
金属腐蚀是一个必须解决的主要问题。仅举几例后果，自然和历史地标以及灾难性设备故障的可能性都受到腐蚀的不利影响。它引起了人们对安全问题重要性的日益关注，并每年造成巨大的经济损失。
腐蚀是如何发生的？
通常，当金属外部的大量原子被氧化时，就会发生腐蚀，从而导致金属整个表面的损坏。当暴露于空气或水中的氧气（以及其他化合物）时，大多数金属会迅速氧化，将电子流失到大气或水中。
随着氧气的减少（获得电子），它与金属结合产生氧化物。
预防措施
科学家们一直在努力建立对抗腐蚀的方法，因为它会降低金属的性能。其中一种方法是在金属表面应用防腐涂层，这是一种具有成本效益且有效的防止腐蚀的方法。
近年来，石墨烯防腐涂层作为保护金属免受氧化和腐蚀的手段越来越受欢迎。这些涂层的一个优点是，它们有可能减少所需的涂层体积和数量，从而减轻重量并降低成本。
石墨烯 – 材料科学与工程的圣杯
石墨烯是碳原子的薄片（单层），以六边形的布局连接在一起，在没有外力的情况下一遍又一遍地重复。
这张薄片的厚度只是一个原子。石墨烯是已知最强的物质，比金刚石更硬，但比橡胶更灵活;比钢强，但比铝轻;石墨烯是已知最强的材料。
2-D纳米材料石墨烯具有优异的结构，电气和热特性以及化学稳定性，使其成为用于电子产品的有希望的候选者。此外，考虑到石墨烯对所有分子都是不透明的，并且被称为”最薄和最耐用的材料”，它提供了屏蔽金属的很大可能性。
大量论文表明，将石墨烯引入聚合物中可以显着提高许多有机化合物的抗锈性。
但没那么快…
要充分使用石墨烯作为金属的防腐剂，需要克服一些障碍。首先是它与聚合物合并时的不相容性，这导致涂层时分散量较低。
另一个原因是石墨烯表现出随机的分散和取向状态，导致三维网络的形成，这可能加速基板金属材料的局部电解生锈。
仿生学 – 灵感
在这项研究中，设计并制造了具有替代”珍珠层状”结构（即珍珠母壳）的杂化涂层，以展示环氧涂层和工程石墨烯的最佳特性，以及两种材料之间的差异。这是一种受生物启发的方法，属于仿生学领域。
在没有深入研究细节的情况下，作者试图构建一种受生物启发的多层石墨烯 – 环氧复合清漆，该清漆是使用自动喷涂技术创建的，使用彻底分布，低故障定制的石墨烯 – 环氧树脂作为功能填料。
此外，聚多巴胺用于增强石墨烯的分布和固定结构缺陷（石墨烯层之间的接触），以及桥接紧密排列的石墨烯片和环氧薄膜（牢固的键合），以形成”互锁”结构，以保证珍珠层状结构和石墨烯之间的成品釉。
通过成功整合这些变化，研究小组观察到，在电化学测量过程中，生物启发涂层的涂层弹性已大大增强。此外，还发现高易释石墨烯涂层为涂层提供了极强的各向异性热导性和电磁导率。
此外，由于这些特性，仿生片材能够对物理特征进行自我修复并监测其健康状况。这种受生物启发的技术为制造更大的石墨烯纳米材料涂层提供了一种有趣的方法，这些涂层具有既美观又有用的功能特性。
参考
Ding, J., Zhao, H., & Yu, H. (2022). Bio-inspired Multifunctional Graphene−Epoxy Anticorrosion Coatings by Low-Defect Engineered Graphene. ACSNano. Available at: https://doi.org/10.1021/acsnano.1c08228
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