当前,新材料发展日新月异,石墨烯已成为新材料科学领域最为耀眼的一颗新星。作为最具颠覆性的新材料之一,其优异的性能在电子、新能源、高端制造、医疗等领域展开多种研究和应用。 何为石墨烯?石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。自 2004 年英国曼彻斯特大学科学家安德烈 . 海姆和康斯坦丁 . 诺沃肖洛夫从石墨中剥离出了石墨烯,打破了理论物理学界半个世纪以来关于石墨烯无法稳定存在的结论。石墨烯独特的电学性能、力学性能、热性能、光学性能和较高的比表面积,使其一经发现便受到人们的广泛关注,被誉为“黑金”“改变 21世纪的神奇材料”“万能材料”。石墨烯技术的开发研究是材料科学领域中的热点前沿,目前美国、英国、中国、日本和韩国等国家的产业化开发处于相对前列,全球范围内都开展了相关的研究。 众所周知,材料腐蚀无法完全避免,而且是一个很严重的全球性问题。腐蚀危害遍及日常生活和几乎所有的行业,据统计,全世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约 7000亿 -10000 亿美元,约占国家经济总量的 3%-4%,在热带、海洋的环境中材料的腐蚀情况更加严重。 一般防腐方法只能在一定时期内保持材料不被腐蚀,需定期维护,具有局限性。在一些特殊微电子领域,超薄的防腐涂层更有利于产品的使用;在恶劣腐蚀环境中,重防腐涂料已成为不可替代的防腐途径。 如何长久地保持材料不被腐蚀呢?近些年来,许多新型防腐涂料应运而生,但效果不尽如意。石墨烯本身具有的一些超强性能使其在防腐及重防腐领域中起到至关重要的作用。目前,石墨烯在金属防腐蚀、防污、导电以及其他功能涂料领域中的应用已取得初步成果,石墨烯重防腐涂料产品逐渐成为石墨烯迈向规模化应用的热点之一。 |
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李义春:石墨烯产业应瞄准高端领域发力颠覆性技术
作为引爆 21 世纪的“黑金材料”,石墨烯受到全球各行业的广泛关注。由于其独特的二维纳米结构,且具有高强度、高热稳定性、高化学稳定性以及优良的导热性等特性,在防腐涂料、移动设备、航空航天、新能源电池等诸多领域具有广阔的应用前景。据《新华(常州)全球石墨烯指数报告》显示,2015 年,中国已超越美国、韩国,在全球石墨烯产业综合发展实力榜上居首,中国石墨烯应用市场将在 2018 年形成产业爆发点,2020 年将达 1000 亿元规模。
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蒲吉斌:发展功能涂料 加快推进石墨烯产业化应用
为了全面科普石墨烯在功能防腐涂料这一重要应用领域的前沿科技知识,了解其未来发展方向,记者特邀请到中国科学院宁波材料所蒲吉斌研究员做相关方面的精彩解读。蒲吉斌,中国科学院宁波材料所研究员、博士生导师。长期从事极端环境新型防腐和耐磨材料及其在航空、航天、海洋以及核电领域的工程化应用研究,多次获得国家级和省部级奖项,其研究成果已被应用于多项重大工程和重点型号中。并在石墨烯等新材料的研究方面颇有造诣。
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瞿研:实施协同创新 推动石墨烯产业化发展
作为21世纪最具颠覆性的新材料,自诞生之日起,石墨烯就成为科技界和资本界追逐的热点。然而,其所承载的赞誉和争议也一样多。中国对石墨烯研究处于世界领先位置,但重大创新还比较少,研究成果还主要集中在基础研究领域,高端应用技术还相对薄弱。
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刘贵昌:砥砺前行 掀起石墨烯防腐应用新篇章
2010 年,诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,石墨烯一举成为万众瞩目的明星材料,正在全球范围内掀起一场轰轰烈烈的新技术、新产业革命。我国已把石墨烯作为国家级重要战略材料列入国家“十三五”规划。石墨烯在光、电、热、力等方面的特殊性能使其在诸多领域有着广泛的应用前景,同时也给材料的腐蚀防护领域带来新的飞跃。
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陈守刚:开拓创新 走进石墨烯防腐防污新时代
海洋在各国的经济建设和安全中扮演越来越重要的角色,海洋中蕴藏着大量的自然资源,合理利用和开发海洋资源已成为各国共同合作和发展的目标。腐蚀对全球经济建设、工业发展造成严重的损失,甚至危害人类的健康和安全。据统计,腐蚀造成的损失超过其他自然灾害造成损失的总和,其中海水腐蚀约占总腐蚀损失的 1/3,在海洋环境使用的船舶、海洋平台和设备长期处于干湿交替的富氧盐雾、高紫外线的腐蚀环境,腐蚀问题极其严重。
石墨烯不仅是最坚硬的材料,同时还是防腐涂料领域已知的最薄的一种,一根头发丝的直径约是 10 万层石墨烯叠加起来的厚度 , 它独特的二维结构使得它既可以在涂层中构建导电导热通道,又可以互相拼接形成严密的迷宫式物理屏障,隔绝腐蚀因子,将它涂在金属表面,可以保护金属不受腐蚀。石墨烯防腐涂料具有导电、导热、防腐、电磁屏蔽等多种功能,石墨烯微片可以增强涂层的附着力,使其涂层具有优良的耐磨和耐刮擦性能。具体优异性能如下。
石墨烯的小尺寸效应:石墨烯的小尺寸使得石墨烯可以填充到涂料的孔洞和缺陷中,在一定程度上阻止和延缓了小分子腐蚀介质浸入金属基体,增强了涂层的物理隔绝作用,增强了涂层的防腐性能。
石墨烯呈片状结构:是极其薄的片成结构,它可以在涂层中程程叠加,形成致密的物理隔绝层,小分子的腐蚀介质很难通过这层致密的隔绝成,所以掺加了石墨烯的防腐涂料有极强的物理隔绝作用。
石墨烯的防水性:石墨烯的表面效应使得石墨烯与水的接触角很大,对水的润湿性很差,水分子很难被石墨烯吸收,当环氧树脂其中加入了石墨烯后,石墨烯会把水分子阻挡在涂层外,使得水分子接触不到金属基体表面,从而降低了金属表面的腐蚀。
石墨烯有很强的导电作用:石墨烯的特殊结构使得石墨烯有快速的导电性,电子会通过石墨烯传递到金属涂层上,阴极电子不会直接发生在金属上,而是直接与涂层发生反应,这样就会减慢了氢氧化铁的生成,降低了对金属的溶解,也对金属进行了保护,这是利用了石墨烯的导电性对金属基体进行保护。
近些年来,石墨烯在防腐蚀领域的应用和发展日新月异。下面请随小编来一睹石墨烯的风采。
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超全面石墨烯检测方法大汇总,看完就是石墨烯检测专家了!
石墨烯具有非同寻常的导电性能、极低的电阻率极低和极快的电子迁移的速度、超出钢铁数十倍的强度,极好的透光性这些优异的性能都是通过一定的测试手段表征出来的,今天小编就为你做一个测试大盘点!
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功能化石墨烯的制备及应用研究进展
自2004 年被 Geim 等成功制备以来,石墨烯以极高的机械强度、载流子迁移率和电导率、热导率、透光率、化学稳定性等特性,成为近年来的明星材料。受到学术和产业界的广泛关注。
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石墨烯在金属防腐中应用的研究进展
船舶及其他海洋结构物的主要部件都是由钢铁等金属材料构成,常年暴露在海水和大气中,会直接遭受到严重的腐蚀损坏。因此,亟待开发出新型、高效的金属防护技术手段。
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铜合金表面石墨烯防腐涂层的研究进展
Cu 具有美丽鲜艳的金属光泽,优良的导电性、导热性、延展性以及耐腐蚀性,并显示出良好的合金化能力,能与其他多种元素形成不同种类的铜合金系列,满足了现代工程领域对材料强度、韧性、抗软化、切削加工、防腐耐磨等特殊性能的需求。
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石墨烯修饰电极微生物燃料电池的抗菌性研究进展
目前石墨烯材料的抗菌性研究,主要针对分散液,负载型石墨烯的抗菌性研究很少。但鉴于石墨烯族材料在导电膜、电极材料、杀菌材料等多方面潜在的高应用前景,探究其负载形态的抗菌作用也尤为重要。
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石墨烯在功能涂料中的应用进展
石墨烯电子迁移率高、热稳定性好、导电性优异、硬度高等优点使其在涂料中获得应用,并取得了较好的应用效果。本研究根据国内外研究成果,对石墨烯的在涂料中的应用进行了概述,以期拓宽石墨烯的工业应用。
作为新兴行业,当前石墨烯仍处于产业化初期,尚未完全实现石墨烯的规模化应用,对石墨烯产品最大的需求市场仍然是科研院校和少量生产厂商。由于下游需求未起,大部分石墨烯企业目前仍无法找到稳定的商业模式和盈利模式。阻碍石墨烯大规模商业化应用的难点在于两个方面:工艺上来看,如何批量化地制备大面积、稳定性好、高质量的石墨烯是难点之一,目前整个行业仍处于产品研发阶段,只有少数企业能够大规模制备高质量石墨烯,行业层面的不良率影响了下游的应用推广;销售层面上看,业内企业仍无法稳定获取利润,如何整合上下游产业链,即推广或销售将成为石墨烯产业发展的关键。 根据《< 中国制造 2025> 重点领域技术路线图》的要求,2020 年石墨烯需要形成百亿产业规模,2025 年整体产业规模突破千亿,这需要石墨烯产业在当前基础上“大跃进式”发展。在此背景下,石墨烯产业未来将有以下三大趋势: 随着石墨烯制备水平的发展和石墨烯应用技术水平的发展,石墨烯材料能够应用在更多的下游产品和领域中。预计到2024 年前后,石墨烯器件有望替代互补金属氧化物半导体(CMOS)器件,在纳米电子器件,光电化学电池、超轻型飞机材料等研究领域得到应用;消费电子类应用将成石墨烯技术攻克主方向。 石墨烯制备水平和应用技术水平的发展是相辅相成的,以目前的发展水平看,电子元件领域的应用对石墨烯的质量和技术要求最高,也最难以实现,我们预计其应用在 10 年左右;石墨烯在消费电子类的应用主要需克服制备技术的难关,这也是目前石墨烯研究中最热点的方向,我们预计制备技术在未来 1-2 年内会有所突破;石墨烯的研究和产业化发展持续升温。从石墨烯专利领域分布来看,其应用技术研究布局热点包括: 石墨烯用作锂离子电池电极材料、太阳能电池电极材料、薄膜晶体管制备、传感器、半导体器件、复合材料制备、透明显示触摸屏、透明电极等。 在防腐性能方面,石墨烯涂料的防腐效果明显高于其他碳系材料填充的涂料,也有比其它商业化涂料具有更为突出的耐盐雾腐蚀性能。石墨烯材料除了在防腐涂料方面有着可观的应用前景以外,其在导电涂料、防污涂料、智能自修复涂料、抑菌涂料、风电涂料等领域也同样有着巨大的研究价值,研究工作也正如火如荼地进行着,未来石墨烯材料势必会在涂料行业发挥极大作用,推动高性能多功能涂料快速健康发展! |