一、石墨烯及石墨烯防腐涂料

石墨烯是一种由碳原子构成的二维片状结构材料，其结构与石墨类似，为二维的 蜂窝状六角晶体结构。由于石墨烯中只有键长为0 .142nm的C-C共价键，结构稳定且具有优良的柔韧性，因此，使得石墨烯具有质轻、高轻度，良好的导电和导热性能，透光性好和热稳 定性好等特点。作为21世纪收人瞩目的新型材料之一，石墨烯正在给社会带来革命性巨变， 在全球研究热度持续升温。对石墨烯的应用也勾画出丰富多彩的美景。

传统富锌底漆是目前防腐领域最常用的防锈底漆，富锌底漆喷涂在经过喷砂、抛丸的基材表面，铁和锌互为阴阳极，形成一个腐蚀的微电池单元，锌的电位低，优先腐蚀锌，但锌比铁更难腐蚀，起到了阴极保护的作用。

石墨烯的就是单层石墨，是一个蜂窝状的二维材料，烯的意思就是碳碳双键，各碳原子之间以sp2杂化方式相连，C-C之间夹角为120度。石墨烯的厚度大约是0.355纳米，一毫米石墨约等于150万层石墨烯叠加在一起，石墨烯是已知最薄、最轻的材料。目前行业内通常10层以下碳纳米材料，称为石墨烯材料。

二、石墨烯涂料防腐性能原理

石墨烯锌粉涂料是由石墨烯材料、锌粉、无机或有机漆基等组成的涂料。石墨烯锌粉涂料是传统环氧富锌涂料的技术升级替代。

1、导电搭桥、阴极保护性、片状屏蔽效应机理

普通富锌防腐涂料和石墨烯改性防腐涂料的防腐机理如图1和图2所示。

1） 石墨烯为片层结构， 分散良好的石墨烯可以以二维片层结构在涂料中进行层层堆叠， 填充到防腐涂料的孔洞中， 形成类似迷宫的防腐蚀结构。 这些类似于“鳞片”的石墨烯， 可以把涂层分成很多隔间， 使得涂层里的气泡或者裂纹无法进一步扩展， 降低了金属基体的腐蚀速率。

2） 在石墨烯的表面效应的作用下， 石墨烯与水的接触角较大， 具有较好的疏水性， 环境中的氧气、氯离子以及水分子等腐蚀因子很难通过这层致密的

腐蚀隔绝层， 从而起到优异的物理阻隔作用。

3）海水中金属发生腐蚀的原电池反应为：

在涂层中加入石墨烯后， 石墨烯优良的导电性可以把溶液中 Fe 失去的电子传到涂层的表面。 这样就会使阴极反应转移到涂层的表面，反应生成的OH－

绝大多数都会停留在涂层表面， 很难与与阳极生成的Fe 3+ 生成 Fe(OH) 3 ， 从而避免了 Fe 3+ 的沉淀。 同时 Fe 3+的不断积累， 阻碍了阳极反应的进行， 使得电化学的腐蚀速度降低。

2、机械性能好

石墨烯层与层之间有良好的润滑作用，其片层结构可以将涂层分割成许多小区间，能够有效地降低涂层内部应力，消耗断裂能量，进而提高涂层的柔韧性、抗冲击性。

3、耐磨作用

石墨烯具有良好的力学性能，普通的树脂涂层抵御划痕的能力较差，石墨烯的掺入使得复合涂层具有优异的弹性和抵抗变形的能力，增强了复合涂层的硬 度，在磨损过程中，石墨烯形成了滑移层且摩擦热被迅 速转移散发，因此增强了涂层的耐磨性，石墨烯树脂复合涂层可持久避免涂层出现局部破损，延长涂层的使用寿命。

三、石墨烯防腐涂料展望

国外在针对海洋腐蚀环境的石墨烯防腐蚀涂料的作用机理、 体系设计、 产品制备及工程应用方面积累了较多的技术基础和开发经验。国内相关研究虽然起步较早，但对石墨烯防海洋环境腐蚀的性能、 规律、机理仍不明确，亟需加快开展基础理论及应用技术研究工作，缩小与国外先进水平的差距。

目前石墨烯涂料的发展趋势主要有以下几方面：石墨烯在涂料中的分散技术的创新，进一步提高石墨烯在树脂体系中的更大添加量、均匀分散度以及耐热性；探究石墨烯与树脂的复合方法以及完善石墨烯涂料的性能评价体系；深入探究石墨烯在涂料中的防腐机理，为石墨烯在防腐涂料领域应用提供技术与理论支撑。