石墨烯在防腐薄膜和有机防腐涂层领域的理论和应用研究综述

doi:10.6023/A19050174

化学学报 ›› 2019, Vol. 77 ›› Issue (11): 1140-1155.DOI: 10.6023/A19050174 上一篇下一篇

综述

石墨烯在防腐薄膜和有机防腐涂层领域的理论和应用研究综述

丁锐^a^c, 陈思^b, 吕静^a, 桂泰江^d, 王晓^d^e, 赵晓栋^a, 刘杰^a, 李秉钧^a, 宋立英^c^f*(), 李伟华^b^c^f*()

^a 烟台大学海洋学院烟台 264005
^b 中山大学化学工程与技术学院珠海 519082
^c 中国科学院海洋研究所海洋环境腐蚀与生物污损重点实验室青岛 266071
^d 海洋涂料国家重点实验室海洋化工研究院青岛 266071
^e 中国海洋大学青岛 266071
^f 海洋科学与技术国家实验室海洋腐蚀与防护开放工作室青岛 266237

投稿日期:2019-05-13 发布日期:2019-09-24
通讯作者: 宋立英,李伟华 E-mail:songliying@qdio.ac.cn;liweihua@qdio.ac.cn
作者简介:宋立英, 2009年毕业于青岛大学, 获学士学位; 2012年毕业于天津大学, 获硕士学位; 2015年毕业于中国科学院海洋研究所, 获得博士学位; 此后在中国科学院海洋研究所李伟华课题组(2015.08~2017.08)从事博士后研究工作. 2017年9月加入中国科学院海洋研究所海工腐蚀与控制课题组任助理研究员, 主要研究方向为腐蚀产物对金属腐蚀的影响及海洋智能防腐涂层的研究|李伟华, 海洋化学博士, 海洋科学博士后.中山大学化学工程与技术学院院长, 二级教授, 博士生导师.国家杰出青年科学基金获得者, 国家“万人计划”领军人才, 科技部中青年创新领军人才, 中国科学院特聘研究员, 青岛海洋科学与技术试点国家实验室卓越科学家, 德国慕尼黑工业大学高级访问学者, 兼任中国腐蚀与防护学会常务理事, 中国腐蚀与防护学会污损技术专委会副主任, 中国腐蚀与防护学会非金属材料专委会副主任等.主要从事海洋腐蚀与防护方面的研究, 旨在通过不同尺度、多学科交叉的综合手段, 致力于海洋恶劣环境下海工材料腐蚀诱发机理, 功能化防护材料, 以及防御调控新技术的前沿性和创新性研究
基金资助:
国家杰出青年科学基金(51525903);国家自然科学基金面上项目(51179182);中国博士后科学基金面上资助(2018M632726);海洋涂料国家重点实验室开放课题(20190601DR)

Review of Theoretical and Applied Research of Graphene in Anti-corrosion Film and Organic Anti-corrosion Coatings

Ding Rui^a^c, Chen Si^b, Lv Jing^a, Gui Tai-jiang^d, Wang Xiao^d^e, Zhao Xiao-dong^a, Liu Jie^a, Li Bing-jun^a, Song Li-ying^c^f*(), Li Wei-hua^b^c^f*()

^a School of Ocean, Yantai University, Yantai 264005, China
^b College of Chemical Engineering and Technology, Sun Yat-sen University, Zhuhai 519082, China
^c Key Laboratory of Marine Environmental Corrosion and Bio-fouling, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China
^d Marine Chemical Research Institute, State Key Laboratory of Marine Coatings, Qingdao 266071, China
^e Ocean University of China, Qingdao 266071, China
^f National Laboratory for Marine Science and Technology, Open Studio for Marine Corrosion and Protection, Qingdao 266237, China

Received:2019-05-13 Published:2019-09-24
Contact: Song Li-ying,Li Wei-hua E-mail:songliying@qdio.ac.cn;liweihua@qdio.ac.cn
Supported by:
the National Science Fund for Distinguished Young Scholars(51525903);the National Natural Science Foundation of China(51179182);China Postdoctoral Science Fund(2018M632726);Open Research Fund supported by State Key Laboratory for Marine Coatings(20190601DR)

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摘要/Abstract

归纳和整理了关于石墨烯防腐薄膜和有机防腐涂层的国内外文献，形成了具有层次和条理的知识结构.综述了石墨烯防腐薄膜的制备、优化改进，讨论了其应用中所面临的腐蚀加速问题和解决方法.根据石墨烯在有机防腐涂层中所起到的作用，从应用研究和理论研究角度，综述了石墨烯基复合材料对有机防腐涂层屏蔽性、结合力、自修复作用的改进，以及对阴极保护型有机防腐涂层电化学保护性能的改进.

关键词: 石墨烯, 防腐, 膜, 涂层

This paper summarized and collated domestic and foreign literatures on graphene anti-corrosion films and organic anti-corrosion coatings, and formed hierarchical and organized knowledge structures. The preparation, optimization and improvement of graphene anti-corrosion film were reviewed. The corrosion acceleration problems and solutions in the application were discussed. According to the role of graphene in organic anti-corrosion coatings, the improvement of shielding, bonding and self-repairing effect of graphene-based composite materials on organic anti-corrosion coatings are reviewed from the perspective of applied and theoretical research. And the improvement of graphene-based materials on electrochemical protection performance of cathodic-protective organic anti-corrosion coatings are discussed.

Key words: graphene, anti-corrosion, film, coating

引用此文

丁锐, 陈思, 吕静, 桂泰江, 王晓, 赵晓栋, 刘杰, 李秉钧, 宋立英, 李伟华. 石墨烯在防腐薄膜和有机防腐涂层领域的理论和应用研究综述[J]. 化学学报, 2019, 77(11): 1140-1155.

Ding Rui, Chen Si, Lv Jing, Gui Tai-jiang, Wang Xiao, Zhao Xiao-dong, Liu Jie, Li Bing-jun, Song Li-ying, Li Wei-hua. Review of Theoretical and Applied Research of Graphene in Anti-corrosion Film and Organic Anti-corrosion Coatings[J]. Acta Chimica Sinica, 2019, 77(11): 1140-1155.

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图/表 12

图 1. CVD法(a)和机械转移法(b)制备石墨烯膜[15]

Figure 1. Graphene film prepared by (a) CVD methods and (b) mechanical transfer methods

图 2. 石墨烯膜的层数与腐蚀防护性能[18]

Figure 2. Relationship between the layers number of graphene film and the corrosion inhibition effect

图 3. 石墨烯薄膜的防腐机理与缺陷区的腐蚀促进机理

Figure 3. Corrosion protection mechanism of graphene film and the corrosion promotion mechanism in defect area

图 4. 石墨烯膜改进方法. (a)多层叠加和(b)原子层沉积[19, 25, 26]

Figure 4. Improved method of graphene film. (a) Multilayer stacking and (b) atomic layer deposition

图 5. 石墨烯有机防腐涂层的研究内容归纳

Figure 5. Inductive research content of graphene organic anti-corrosion coatings

图 6. 石墨烯的分散方法

Figure 6. Graphene dispersion methods

图 7. 石墨烯的分散方法汇总. (a, b)无修饰分散, (c~e)化学修饰分散和(f~h)物理吸附分散

Figure 7. Summary of graphene dispersion methods. (a, b) Unmodified dispersion, (c~e) chemical modification dispersion and (f~h) physical adsorption dispersion

图 8. 对苯二胺/4-乙烯基苯甲酸修饰石墨烯与聚苯乙烯的共价键固定作用

Figure 8. Covalent bonding of p-phenylenediamine/4-vinylbenzoic acid modified graphene to polystyrene

图 9. 石墨烯/聚苯胺复合材料的原位聚合制备工艺

Figure 9. In situ polymerization preparation technology of graphene/polyaniline composite

图 10. 石墨烯的定向排列方法. (a)磁场诱导, (b)电场诱导和(c)层层自组装

Figure 10. Orientation methods of graphene. (a) Magnetic field induction, (b) electric field induction and (c) layer-by-layer self-assembly

图 11. 石墨烯的功能化. (a)增强涂层结合力, (b)基于催化钝化的自修复和(c)基于缓蚀剂的自修复

Figure 11. Functionalization of graphene. (a) Enhanced coating adhesion, (b) self-healing based on catalytic passivation, and (c) self-healing based on corrosion inhibitor

图 12. 石墨烯改性富锌涂层的作用机理. (a)宏观阻渗动力学, (b)介观电化学结构与传输线模型和(c)微观电子传输量子力学机制

Figure 12. Mechanism of graphene modified zinc-rich coatings. (a) Macroscopic barrier kinetics, (b) mesoscopic electrochemical structure and transmission line model and (c) microscopic quantum mechanical mechanism of electronic transmission

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Review of Theoretical and Applied Research of Graphene in Anti-corrosion Film and Organic Anti-corrosion Coatings

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