这是GrapNews新栏目【华烯观察】陪你的第八期!我们邀请石墨烯行业专家,为您答疑解惑,赶紧在公众号留下你的疑问吧!
据统计,全世界每年因腐蚀造成的直接经济损失约2.5万亿美元。
石墨烯有个特性就是分子、原子穿透不过去,只有质子可以,所以具有很好的阻隔性能,及化学性质稳定等这些特征,使得石墨烯很有希望应用于金属防腐涂料产品中。
然而,反对的声音也一直没有停息。
比如,加州大学伯克利分校的Alex Zettl教授就曾撰文批驳,称石墨烯用于长期防腐涂层“还不如没有”。原因在其高导电性加剧了铜表面电化学腐蚀速率,生成氧化物及其他腐蚀产物,从而造成了比裸铜更严重的腐蚀。
那你或许会说,就用氧化石墨烯不就可以克服导电性太高的问题了吗?
事实上,通过现有的氧化还原法制备的石墨烯,会被强酸腐蚀成2-20微米的横向尺度,在排列时如何控制有序,又成为另一个技术上的难题!
这点也呼应台湾中正大学的谢雅萍发现,化学气相沉积生长的石墨烯的纳米结构缺陷是导致腐蚀效应的主要原因。通过原子层沉积(ALD)可以减少缺陷,实现99%以上的腐蚀防护,但这种工艺成本太高,不可能做到工业化。
而美国西北大学的黄嘉兴也提出过集成的论点,在肯定石墨烯优异阻隔性的同时,从电化学电位角度强调其在腐蚀过程中做正极,会加速金属的腐蚀。因此,只要该涂层出现轻微裂纹或划痕,会加速局部的电化学腐蚀,暴露区域的腐蚀速率大大加快,并降低金属的强度和韧性等性能。
所有人都在想办法找出两全其美的方案。
宁波材料所今年发表通过盐雾试验6,000小时的石墨烯防腐涂料,他们的具体做法有三:
其一,是研发石墨烯-聚合物复合涂层,这会更耐用也相对容易开发,石墨烯薄片分散良好可以保证涂层对气体或液体的低渗透性,但要保证分散性好的确是个大挑战。
其二,在石墨烯中添加负极材料(比如锌),即使涂层破损也可以起到保护作用,也就是保留现有的富锌组份。
其三,如果石墨烯涂层可以自愈,局部腐蚀就可以被抑制,也能实现长久保护的目的,但目前还没看到成果。所以才会有该所的专家提到:石墨烯改性防腐涂料前景美好,但前面的道路很艰难!原因就在我们对真正的机理还不够了解,需要更多时间去验证。
既然目前只能朝石墨烯富锌涂料下手,目标也只能在减少锌的含量以降低成本,坦白说,我给各位十种不同石墨烯做比对,总会有所突破的。
但事实上,另一个没看到的陷阱正等着想进入这个行列的人!现在国标在防腐涂料的耐盐雾试验时间是多少?1,440小时!你现在涂料寿命多了3倍,你要渠道商喝西北风?或许你会说,那就价格提高3倍不就得了,我想大家都不是傻瓜,你材料成本增加多少都算得出来,凭什么把价格提高?消费者又怎么愿意买单?所以,济南有家做石墨烯防腐涂料的业者亲口告诉我,他们已经做好了8,000小时的盐雾试验,接下来不知道要卖给谁?我在苏州遇到的石墨烯业者也有同样的困扰。
真心说的确是不高,但要做好却是很难!不过就是在锌、石墨烯跟高分子间做组合测试嘛!就我调研的结果,第六元素可以做到2,500小时,道蓬科技可以做到3,000小时,而我认识的两家石墨烯公司都说可以做到8,000小时。
但真心讲,如果你连4,000小时盐雾试验都做不到,千万不要说是石墨烯产品,各位查下北京志盛威华在2016年5月曾提到,不用石墨烯就可以做到这个水平。在这里要补充南昌航大的杜教授曾告诉我,只要你挑对高分子基材,不用石墨烯你至少可以做到耐盐雾试验4,000小时就是这个道理!
目前,国内石墨烯改性重防腐涂料的整体应用水平并不高,主要问题有三个:
一、石墨烯改性防腐涂料的很多科学机理比如分散问题、界面问题、失效演化机制等基础研究不透彻,基础研究不扎实;
二、缺少性能全面考核和实际工况长期服役评估;
三、缺乏各种环境下的腐蚀数据积累和专用数据库。换成是我,我会选择静观其变,毕竟能自行制备不同的石墨烯,只要找到对的机理及组份,就可以很快就比别人的产品更高性价比。
姑且不论要怎么让渠道商接受这款新兴产品,即使是重防腐涂料的研发和产业化还需要一整套成熟的科研和工业体系,投入大、周期长,短时间内很难看到实际的使用效果。我们都已经可以提出这么美好的数字说服投资者,但事实上,目前要推广到公共工程或军工外的产业是很困难的,至于你们听完还是执意想试试看,我没意见,那就祝好运了!