在英國(guó)的兩位科學(xué)家通過(guò)眾多實(shí)驗(yàn)成功分離出了石墨烯后，石墨烯進(jìn)入了人們的眼界，并且得到了廣泛的關(guān)注。石墨烯優(yōu)異的性能使其被認(rèn)定為.具有前景的新材料之一，在新能源電池、納米復(fù)合材料、生物傳感器等方面都充分體現(xiàn)出了它的重要性。

       在涂料應(yīng)用領(lǐng)域，為了更好地增強(qiáng)涂料的防腐、防污染功能，研發(fā)導(dǎo)電涂料，人們把研究方向著眼于擁有較高電子遷移率、優(yōu)異熱穩(wěn)定性、較高抗拉強(qiáng)度和低電阻率特點(diǎn)的石墨烯。

本文就石墨烯的結(jié)構(gòu)特性和國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)石墨烯的研究，歸納了石墨烯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，介紹了石墨烯在防腐、防污涂料領(lǐng)域的應(yīng)用，整理了石墨烯在涂料領(lǐng)域會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，同時(shí)對(duì)石墨烯涂料的未來(lái)進(jìn)行展望。

1石墨烯的結(jié)構(gòu)特性

石墨烯發(fā)現(xiàn)時(shí)間較短，是一種由碳原子組成的薄膜在sp2雜質(zhì)軌道上以穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)存在且呈六角形蜂窩狀的材料。石墨烯薄膜的厚度約為一個(gè)碳原子的厚度，是迄今為止在納米材料領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)的.薄的材料，而且由于其吸光率僅有2.3%，因而外觀上基本透明。在所有強(qiáng)度.高的納米材料中，石墨烯無(wú)疑在其中有著更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。石墨烯的導(dǎo)熱系數(shù)與金剛石和碳納米管的導(dǎo)熱系數(shù)相比較高，并且石墨烯的電子遷移率高于其他納米材料，同時(shí)也不受溫度的影響。石墨烯納米材料具有的眾多對(duì)涂料領(lǐng)域有益的結(jié)構(gòu)特性，使其在涂料領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，隨之被人們所重視。

2石墨烯在涂料中的應(yīng)用

石墨烯因?yàn)橹苯犹砑釉谕苛现袝?huì)出現(xiàn)分散不均，容易聚沉的情況，導(dǎo)致其無(wú)法表現(xiàn)出原本的防腐特性，所以石墨烯在涂料中的應(yīng)用主要是以功能性填料的形式進(jìn)行添加。人們一般用以下兩種方法將石墨烯制成涂料，其一是用分散劑使石墨烯改性后與其他材料復(fù)合，再制備相應(yīng)的涂料。其二是將改性后的石墨烯制成石墨烯分散液，以填充材料的形式加入涂料中。

石墨烯憑借其比表面積高，導(dǎo)電性好，導(dǎo)熱性好，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，得到了涂料領(lǐng)域各大學(xué)者的廣泛關(guān)注，擁有優(yōu)于其他材料的發(fā)展前景。

2.1石墨烯在防腐涂料中的應(yīng)用

石墨烯因?yàn)槠帘涡院?，比表面積大的特點(diǎn)，所以可以更簡(jiǎn)單的構(gòu)成緊密薄膜，有益于加大涂料的防腐性能，其在防腐涂料中應(yīng)用的原理如下。

2.1.1物理隔絕作用

石墨烯為片狀二維層結(jié)構(gòu)，在涂料中層狀分布交叉排列，內(nèi)部形成屏蔽結(jié)構(gòu)，阻礙了具有腐蝕性物質(zhì)的侵入。石墨烯具有疏水性和尺寸小的特點(diǎn)，可以使其填入到涂層的縫隙中，構(gòu)成屏蔽層，從而有效阻止金屬被腐蝕性介質(zhì)侵入，加強(qiáng)了涂層的物理隔絕作用。

2.1.2電化學(xué)保護(hù)作用

石墨烯導(dǎo)電性高，所以在介質(zhì)逐漸腐蝕金屬時(shí)，石墨烯可以利用電化學(xué)原理，作為陽(yáng)極失去電子來(lái)保護(hù)金屬。石墨烯憑借它特有的片層結(jié)構(gòu)，可以如片狀云母粉、鋁粉等一樣作為填充涂料應(yīng)用在防腐涂料中。同樣，石墨烯因?yàn)槠鋼碛械臐B透率極低和穩(wěn)定性良好的特點(diǎn)，可以更好的降低涂層的滲透性能，提高涂層的耐腐蝕性能。

王耀文在環(huán)氧樹(shù)脂中加入超聲波分散的石墨烯，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，用極化曲線法研究了石墨烯/環(huán)氧涂料的耐腐性。通過(guò)其實(shí)驗(yàn)得知，加入石墨烯的環(huán)氧樹(shù)脂涂料的防腐效果優(yōu)于純環(huán)氧樹(shù)脂，石墨烯的加入不僅降低了環(huán)氧涂層的腐蝕電流，還提高了涂層的耐蝕性。

Li等把使用鈦酸酯偶聯(lián)劑改性的石墨烯均勻分散在水性聚氨酯涂層中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，石墨烯在一定含量時(shí)，可以均勻的以層狀結(jié)構(gòu)分布在金屬表面，有效阻礙了有害介質(zhì)的入侵，進(jìn)而使水性聚氨酯涂層的耐蝕性得到了提高。

孫春龍等通過(guò)將環(huán)氧富鋅底漆中一部分的鋅粉用石墨烯代替的實(shí)驗(yàn)方法，成功制備了石墨烯環(huán)氧鋅底漆。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：在鋅粉含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)47%時(shí)，劃痕處橫向擴(kuò)蝕小于1mm，未劃痕的試樣處沒(méi)有腐蝕和涂層起泡脫落等表現(xiàn)，說(shuō)明了涂料的防腐性能得到了很大程度的提高。

2.2石墨烯在防污涂料中的應(yīng)用

防污涂料是防止海生物污損造成損失的一種特殊涂料，目前大部分的防污涂料是通過(guò)添加重金屬等物質(zhì)的方法，在船艙表面生成有毒的表層，使其將船底造成污損的海洋生物殺死，從而達(dá)到防止海洋生物附著的目的。傳統(tǒng)的方法雖然防污效果好，但是會(huì)破壞生態(tài)平衡，嚴(yán)重危害人類健康。因此如何成功地研發(fā)出低表面能防污涂料和無(wú)毒防污劑尤為重要。目前研究的特點(diǎn)是通過(guò)納米粒子來(lái)提高涂膜的疏水性，降低微生物在涂膜上的粘附力，而石墨烯的表面能高和疏水作用強(qiáng)的特點(diǎn)恰好可以使海洋生物難以在其表面上存在，從而對(duì)防止船底受損有很好的效果。

Parra等發(fā)現(xiàn)了石墨烯涂層可以改變材料界面能和與細(xì)菌的靜電相互作用，降低細(xì)菌與基材的粘附力，它能在不含有毒物質(zhì)的情況下達(dá)到抗菌效果，這對(duì)開(kāi)發(fā)環(huán)保型防污涂料具有重要意義。

岳鑫把沒(méi)有改性的和經(jīng)過(guò)KH602改性的石墨烯分別加入到環(huán)氧涂料中，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究他們的防污性能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，石墨烯對(duì)提高涂層的防腐和防污功能有更加優(yōu)異的作用，并且經(jīng)過(guò)改性后，石墨烯的防污性能與未改性石墨烯相比較效果更加明顯。因而可以得出結(jié)論，選擇恰當(dāng)?shù)呐悸?lián)劑對(duì)增強(qiáng)分散性有很大的作用，而優(yōu)異的分散性是提高防污性能的重點(diǎn)之一 。

3石墨烯在涂料領(lǐng)域存在的問(wèn)題

石墨烯雖然已經(jīng)進(jìn)入人們的眼界，在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但在涂料領(lǐng)域仍有許多現(xiàn)存問(wèn)題：

1）與其他常用的填充材料相比，石墨烯的價(jià)格較高，從而應(yīng)用范圍受限不能得到廣泛使用。

2）石墨烯制備方法效率很低，很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化。

3）石墨烯具有表面能高的特點(diǎn)，所以很難在水和二甲苯、醋酸丁酯等常見(jiàn)溶劑中分散，因此難以制備出不影響石墨烯優(yōu)異性能的分散液。

4）目前缺乏石墨烯涂料的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，如果按照現(xiàn)在實(shí)行的標(biāo)準(zhǔn)，石墨烯涂料的優(yōu)勢(shì)沒(méi)有辦法得到完美發(fā)揮，石墨烯多種優(yōu)異的作用無(wú)法得到廣泛使用。

4結(jié)語(yǔ)

石墨烯因?yàn)槠渥韪粜阅芎?、屏蔽性能好以及化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)在涂料領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，尤其在防腐、建筑隔熱、海洋防污和阻燃等功能性涂料領(lǐng)域中，可以提高涂料的綜合性能，防止不必要的污損。目前來(lái)看，雖然說(shuō)石墨烯在涂料領(lǐng)域的發(fā)展勢(shì)頭較好，卻還存在很多關(guān)鍵性的問(wèn)題需要解決，如怎么將石墨烯與涂料中樹(shù)脂的復(fù)合，怎么選擇助劑，怎么改進(jìn)功能性。因此對(duì)石墨烯的研究還需要更加全面的實(shí)驗(yàn)分析論證。而且石墨烯在防腐防污涂料中的作用機(jī)理也需要更深入、全面的研究，為石墨烯材料的市場(chǎng)應(yīng)用奠定充分的理論基礎(chǔ)。