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宁波材料所在推进石墨烯超级防腐涂层领域取得进展

2019-6-19 11:25| 发布者: weisheng| 查看: 760| 评论: 0

摘要: 海洋腐蚀问题是导致海上设备失效的主要原因之一,也是全球腐蚀的难题。二维材料,特别是石墨烯的发现为开发新型海洋设备重防腐涂层提供了新的思路。石墨烯具有单原子层结构及分子不可渗透性,被认为是最薄的防护材料。然而,人工制备的石墨烯容易再团聚,无法充分发挥石墨烯单片层的优异特性。此外,石墨烯是导电碳材料,它具有较 ...

海洋腐蚀问题是导致海上设备失效的主要原因之一,也是全球腐蚀的难题。二维材料,特别是石墨烯的发现为开发新型海洋设备重防腐涂层提供了新的思路。石墨烯具有单原子层结构及分子不可渗透性,被认为是最薄的防护材料。然而,人工制备的石墨烯容易再团聚,无法充分发挥石墨烯单片层的优异特性。此外,石墨烯是导电碳材料,它具有较强的腐蚀促进活性。团聚的石墨烯会加剧聚合物涂层的局部微电偶腐蚀导致涂层破损,而在破损处,石墨烯将极易诱发其自身的腐蚀促进活性,并以最快的速度释放电子,加速金属基体的腐蚀,这导致石墨稀在防腐领域的商业化和规模化应用进程极为艰难。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进涂料与粘合剂余海斌团队针对石墨烯/聚合物复合防腐涂层在破损后加速金属基体腐蚀这一隐患,采用氮化硼纳米点(BNNDs)作为商业化石墨烯的分散剂,利用其原子结构和表面化学性能实现其在聚合物中的均匀分散。通过化学方法获得的BNNDs通常含有丰富的亲水基团(如羧基和羟基)。这些亲水基团可以在水中进行电离,赋予BNNDs优异的溶解性。BNNDs被认为是单层或半层绝缘氮化硼纳米片,横向尺寸小于50nm。BNNDs通过强烈的π-π作用吸附于石墨烯表面,以增加其分散性。同时,BNNDs的存在屏蔽了石墨烯的导电特性,有效抑制了其阴极腐蚀促进活性。电化学测试表明,BNNDs改性的石墨烯材料具有优良的防护性能,复合涂层的腐蚀速率相对空白涂层下降了280倍,涂层电阻增加了2个数量级。鉴于BNNDs不会影响石墨烯的本征特性,因此,BNNDs分散石墨烯有望快速推进商业化石墨烯在防腐领域的应用。


余海斌高级研究员是中组部计划入选者,被中科院宁波材料所旗舰人才海外引入,现任职中科院宁波材料所表面工程事业部高级研究员。余海斌研究员自1997年到2013年底一直在美国跨国公司从事高分子树脂合成、环境友好有机涂料、粘合剂、密封剂和弹性体(CASE)的研发工作,主持领导研究的项目30多项,项目总经费达3600万美元以上,共发表文章近30篇,申请世界各国专利10篇,成功开发一系列代表世界先进水平的CASE产品,其中的13项产品创造直接经济效益2亿美元。余海斌研究员在输油汽管线防腐蚀涂料上有杰出的成就,成功开发了高性能、无有机物释放的双组份聚氨酯石油、天然汽输送管道腐蚀防护涂料,并在2012年首次取得500吨的销售量。另外,余海斌研究员在凡特鲁斯公司(Vertellus)时,成功开发一种生物基产品,该产品在建筑、防腐、医疗领域获得市场认可,总销售额在2013年达到9000万美元。余海斌研究员在这一领域的研究成果在国内已引起了多家企业和投资商的兴趣,回国以后,其研究团队已于2014年4月和国内一家大型生物质利用企业签订了产品研发及产业化转化合同,合同所开发的产品之一的国内年市场容量就达500亿人民币以上。同时,余海斌研究员回国后领导研究团队致力于石墨烯分散剂的研究,并在这一领域申请专利17项,为石墨烯的应用打开一个新的出口,倍受各大研究机构及下游企业的关注。


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