KMS Lanzhou Institute of Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences
| 二维材料/环氧复合涂层的腐蚀行为研究 | |
| Alternative Title | 无 |
| 崔明君 | |
| Thesis Advisor | 薛群基 ; 张广安 |
| 2018-05-23 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Place of Conferral | 北京 |
| Degree Name | 理学博士 |
| Department | 固体润滑国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | 二维材料 石墨烯 六方氮化硼 液相剥离 长效防腐 2D materials Graphene Hexagonal borne nitride Liquid exfoliation Long-term corrosion protection |
| Abstract | 本论文从石墨烯（G）和六方氮化硼（h-BN）纳米材料的分散出发，利用液相剥离技术实现了石墨烯和六方氮化硼在有机溶剂和水溶液中的稳定分散，考察了石墨烯和六方氮化硼纳米片的掺杂含量对复合涂层长效腐蚀行为的影响，并对复合涂层的腐蚀防护机理进行了研究。主要研究内容与研究结果如下： (1)合成了分散剂-聚邻苯二胺（Popd），超声辅助下，利用Popd与石墨烯之间的π-π相互作用实现了石墨烯在THF溶剂中的稳定分散，并制备了石墨烯/环氧复合涂层，研究了石墨烯的分散以及添加含量对环氧涂层腐蚀行为的影响。结果表明：聚邻苯二胺可通过与石墨烯之间的π-π相互作用吸附于石墨烯表面，显著提高了有机溶剂中石墨烯的分散能力以及石墨烯与环氧基体之间的界面相容性，使得复合涂层表现出良好的长效腐蚀防护性能；然而随着石墨烯含量增加，涂层的防护性能略有下降，但仍优于未改性的石墨烯/环氧复合涂层。 (2)利用水性分散剂-酚藏花红（PSF）实现了石墨烯在水溶液中的分散，分散后的石墨烯以较薄的纳米片存在。通过理论计算得到PSF在石墨烯表面的吸附自由能Eads=-0.7eV，表明石墨烯和PSF之间存在π-π相互作用。制备了石墨烯/水性环氧复合涂层，并研究了不同复合涂层的腐蚀防护性能。尽管石墨烯的添加一定程度上可提高水性涂层的耐腐蚀性能，然而涂层内部石墨烯的团聚以及气泡的产生易导致金属与石墨烯之间形成微电偶腐蚀。而添加PSF@G填料后，水性环氧涂层对腐蚀介质的阻隔能力大大提高，且腐蚀加速现象不明显。进一步的，利用多巴胺的粘附性和自聚性在氧化石墨烯（GO）表面生长聚多巴胺层（PDA），降低石墨烯的导电率；制备的GO@PDA/水性环氧涂层表现出优异的长效腐蚀防护性能，这主要是因为PDA修饰使得GO与水性环氧涂层具有良好的界面相容性，显著提高了涂层的致密性和迷宫效应。除此之外，涂层在发生损伤时没有出现金属基体腐蚀加速的现象，表明PDA修饰切断了石墨烯-石墨烯以及石墨烯-金属之间的电接触，抑制了腐蚀加速现象的发生。 (3)采用聚丁基苯胺（PBA）作为分散剂成功地剥离了绝缘六方氮化硼，并将其掺入环氧涂层中，所制备的环氧复合涂层的阻抗较纯环氧涂层提升了4~5个数量级，腐蚀实验寿命从50天提高到120天。腐蚀结果表明对于PBA分散的h-BN/环氧涂层，金属表面腐蚀相对较轻，且局部区域发生钝化，生成了致密的钝化膜，抑制了腐蚀介质的进一步渗透。然而以上剥离仅适用于极性较强的溶剂，例如THF、DMF等。为使涂层制备过程变得环保无毒，在h-BN表面生长一层聚多巴胺层，使其能够稳定的分散于无水乙醇中。最后对其腐蚀性能进行评价，结果表明所制备的h-BN@PDA/环氧涂层在浸泡20天期间内其阻抗始终大于1010Ωcm2，表现出优异的腐蚀防护性能，同时整个过程更加绿色环保。 (4)研究了绝缘六方氮化硼在水溶液中的分散，主要是利用水溶性羧酸化苯胺三聚体（CAT）与h-BN之间的π-π相互作用，借以超声辅助使六方氮化硼发生剥离，更稳定地分散在水中。在浸泡实验过程中，所制备的h-BN/水性环氧涂层阻抗变化较小（大约为106Ωcm2），表明六方氮化硼可以作为防腐填料提高涂层的防护性能。 |
| Other Abstract | 无 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/25280 |
| Collection | 中国科学院兰州化学物理研究所 |
| Affiliation | 1.中国科学院兰州化学物理研究所; 2.中国科学院大学 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 崔明君. 二维材料/环氧复合涂层的腐蚀行为研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2018. |
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