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什么是石墨烯涂層？
 

石墨烯涂層是涂在材料表面的一層薄薄的石墨烯。石墨烯是碳原子的二維晶格，具有高機械強度（1100 GPa）、導(dǎo)電性和阻擋效應(yīng)等顯著特性。它比鋼輕六倍、更柔韌，但在分子水平上比鋼強 200 倍。
 

石墨烯涂層提供保護性表面層，提供可定制的特性，例如厚度和導(dǎo)電性。它有效地阻礙氧原子的擴散，防止涂層表面氧化。即使石墨烯被氧化，涂層也可以充當屏障，顯著減少氧氣向上擴散，防止氧化。多層石墨烯涂層可以進一步增強保護，解決缺陷部位的漏洞。
 

石墨烯涂料在粘合劑、抗菌涂料、太陽能涂料、絕緣、防銹、防霧、防紫外線和不粘涂料方面具有潛在的應(yīng)用前景。這種材料的獨特性能使其成為廣泛研究的對象，因為它具有徹底改變各個行業(yè)的潛力。
 

石墨烯涂層是如何制成的？
 

化學(xué)氣相沉積 (CVD) 是大面積生產(chǎn)高質(zhì)量石墨烯涂層的常用且可靠的技術(shù)。它涉及富碳源的熱分解，導(dǎo)致碳原子以蜂窩狀圖案沉積在金屬催化劑膜上。基于CVD的石墨烯涂層具有不透水、純度高、晶粒細硬度高等特點。
 

快速熱退火是生產(chǎn)石墨烯涂層的另一種方法。與未經(jīng)處理或機械拋光的表面相比，單層丙酮衍生的石墨烯涂層通過將材料置于高溫下，顯著降低了腐蝕電流密度，顯示出更高的耐腐蝕性。
 

石墨烯涂層如何應(yīng)用？
 

石墨烯涂層的應(yīng)用方法多種多樣，如噴涂、浸漬涂層、旋轉(zhuǎn)涂層和卷對卷涂層，具體取決于所需的應(yīng)用和基材。
 

噴涂涉及使用溶劑將石墨烯薄片或石墨烯基溶液分散到目標表面上。它是一種簡單有效的快速大面積涂覆方法，常用于腐蝕防護和導(dǎo)電涂層。來自芝加哥伊利諾伊大學(xué)和韓國的研究人員使用拉瓦爾噴嘴和超音速氣流開發(fā)了該技術(shù)的可擴展版本。該方法提高了附著力，實現(xiàn)了理想的晶格結(jié)構(gòu)，并提供了對石墨烯涂層厚度和質(zhì)量的控制。
 

旋涂是一種常見的實驗室技術(shù)，其中將石墨烯溶液分配到基材上并快速旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)作用使溶液均勻分布并去除多余的溶液，從而在基材上形成薄而均勻的石墨烯涂層。
 

浸涂將基材浸入石墨烯溶液中，緩慢取出以形成石墨烯薄膜。
 

石墨烯涂層有什么好處？
 

石墨烯涂層為下面的樣品增加了最小的厚度，同時提供優(yōu)異的電和熱傳導(dǎo)性。由于電子云的離域作用，石墨烯中的芳香族C=C鍵網(wǎng)絡(luò)遍布整個基面，賦予石墨烯涂層較高的熱穩(wěn)定性。
 

石墨烯的高柔韌性以及機械和化學(xué)穩(wěn)定性可保持基材的光學(xué)外觀，使其能夠適應(yīng)不同的表面粗糙度和曲率。
 

石墨烯涂層的化學(xué)惰性和不滲透性使其成為理想的保護屏障，在高壓和暴露于過熱水中的穩(wěn)定性超過了金剛石。此外，石墨烯涂層在寬電磁頻譜上的高透光率 (97%) 增強了其作為保護涂層的有效性。
 

石墨烯涂層具有深邃的光澤、鮮艷的色彩、卓越的疏水性和防塵性能，增強了外觀和清潔度。
 

將石墨烯涂料應(yīng)用于工業(yè)
 

航空航天
 

石墨烯涂層因其能夠保護飛機表面免受雷擊引起的電氣損壞而在航空航天工業(yè)中備受追捧。此外，這些涂層能夠檢測應(yīng)變率，為飛行員提供有關(guān)飛機機翼在飛行過程中所經(jīng)歷的應(yīng)力水平變化的實時信息。
 

石墨烯涂層機翼減少了復(fù)合材料層數(shù)，從而使飛機更輕，提高燃油效率并降低對環(huán)境的影響。
 

汽車
 

石墨烯涂層為汽車外部元件（例如底盤和車身涂層）提供先進的保護，具有卓越的疏水性、耐刮擦和耐污染性以及自修復(fù)能力等優(yōu)點。
 

它有效地防止腐蝕，延長汽車部件的使用壽命，并增強抗劃傷性，保持車輛的外觀并減少維護需求。
 

電子產(chǎn)品
 

石墨烯涂層在增強柔性和可穿戴電子產(chǎn)品的電路方面顯示出巨大的潛力，例如可彎曲智能手機、智能健康貼片和大型折疊顯示屏。發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上的一項研究表明，直接在銅線上生長石墨烯可以提高銅線上的導(dǎo)電性和耐用性，使其能夠承受 200,000 次折疊而不會損壞。這表明石墨烯涂層可以延長柔性電子產(chǎn)品的使用壽命。發(fā)表在《ACS Applied Nano Materials》上的另一項研究表明，石墨烯涂層的金表面更耐汗水腐蝕，使其成為植入式生物傳感器和用于監(jiān)測健康狀況的智能貼片的理想選擇。
 

能源
 

石墨烯涂層通過防止金屬表面形成絕緣水膜來改善火力發(fā)電廠的傳熱。麻省理工學(xué)院的研究人員利用石墨烯涂層將導(dǎo)熱率提高了四倍，超過了聚合物涂層。該技術(shù)將熱交換器和蒸汽冷凝器的效率提高了 2-3%，為能源行業(yè)帶來了顯著的效益。
 

第六元素材料公司為海上風電塔筒設(shè)計了一種防腐石墨烯涂層底漆，為富鋅環(huán)氧底漆提供了一種經(jīng)濟高效的替代品。該涂層首次應(yīng)用在如東海區(qū)風力發(fā)電機組上，鹽霧試驗超過2500小時，展現(xiàn)了其卓越的性能。該涂層石墨烯含量為 1%，將鋅粉需求量減少了 50% 以上，徹底改變了防腐系統(tǒng)。
 

石墨烯涂料市場面臨認知度有限、量產(chǎn)能力低、生產(chǎn)成本高等挑戰(zhàn)，這可能會阻礙其增長。然而，能源、制藥、汽車和電子行業(yè)的不斷發(fā)展，加上技術(shù)的進步和對研發(fā)的日益重視，為石墨烯涂層市場提供了廣闊的增長前景。