腐蝕一直是制約各國經濟發(fā)展的重大問題之一，全球每年有2.5萬億美元左右的直接經濟損失是因腐蝕造成的，應用防腐涂料是解決腐蝕問題的主要方式之一。防腐涂料是指由底漆、中漆和面漆組成的具有防腐蝕功能的涂料，依據涂料應用領域的不同，可以分為常規(guī)防腐涂料和重防腐涂料。常規(guī)防腐涂料是在一般條件下，對金屬等起到防腐蝕的作用，保護有色金屬使用的壽命；重防腐涂料是指相對常規(guī)防腐涂料而言，能在相對苛刻腐蝕環(huán)境中應用，并具有能達到比常規(guī)防腐涂料更長保護期的一類防腐涂料。

石墨烯因具有超大比表面積、氣相阻隔性能、優(yōu)良的導電 性能、力學性能以及化學穩(wěn)定性，拓展了其在涂料領域的應用。發(fā)展我國的防腐涂料技術，是未來我國戰(zhàn)略發(fā)展需求。但長期以來，由于技術限制，我國重防腐涂料和核心原料嚴重依賴進口。直到2020年10月，石墨烯復合陶瓷耐蝕涂料發(fā)布會的召開，宣布由烯旺科技開發(fā)的石墨烯改性涂料正式進入化學品防腐領域，為傳統(tǒng)防腐涂料帶來強化升級，以新技術帶動中國耐蝕樹脂涂料進入4.0時代，實力突破歐美20多年關鍵技術壟斷。

一、行業(yè)現狀

自 2017 年以來，中國在石墨烯材料的研究領域不斷取得突破，得益于中國政府政策的支持和產業(yè)資金的持續(xù)投入，中國石墨烯研發(fā)水平逐步提高，已進入研發(fā)技術突破階段，中國石墨烯相下游中高端產品的種類在這一時期也呈現增長態(tài)勢，石墨烯超級電容、石墨烯電子器件以及石墨烯柔性膜等產品相繼問世。

根據頭豹數據顯示，中國石墨烯行業(yè)新增企業(yè)數量由 2014 年的 362家增長至2018 年的1143 家，年復合增長率為 33.3%；在技術研究方面，石墨烯行業(yè)發(fā)展至成熟商用期至少需要 20 年時間，中國石墨烯行業(yè)仍整體處于以研究為主的階段，大部分產品并未實現大規(guī)模的市場應用；在產業(yè)鏈方面，石墨烯行業(yè)相應的下游應用和應用產品的技術規(guī)范和市場準入制度并未設立，下游市場尚未進入成熟階段。

歐美企業(yè)占據全球石墨烯產業(yè)鏈關鍵環(huán)節(jié)。中國石墨烯行業(yè)正處于市場導入期，產品尚未成熟，行業(yè)利潤率較低，但市場增長率較高。目前我國已經形成京津冀魯、長江三角洲和珠江三角洲的三大聚合區(qū)，多地分 布式發(fā)展的石墨烯產業(yè)格局。

二、石墨烯防腐涂料的防腐機理

電化學腐蝕是最為常見的一種腐蝕。腐蝕過程中形成了腐蝕電池，產生了腐蝕電流，所以金屬腐蝕實際上是一個短路的原電池反應，金屬作為陽極失去電子，電解液作為陰極得到電子，整個過程的氧化還原反應分別列屬于陽極和陰極反應，是金屬腐蝕的主要類型。

1、片層阻隔效應

石墨烯具有良好的疏水性能，能夠阻隔環(huán)境中的水、氧氣、氯離子等的滲透，同時，均勻分散且取向平行于基底表面的石墨烯防腐涂層能夠形成迷宮阻隔屏障，阻礙腐蝕介質的滲透路徑，阻斷原電池形成的通路，延緩基底的腐蝕速率，石墨烯的片層阻隔效應如圖。

2、耐磨作用

石墨烯具有良好的力學性能，普通的樹脂涂層抵御劃痕的能力較差，石墨烯的摻入使得復合涂層具有優(yōu)異的彈性和抵抗變形的能力，增強了復合涂層的硬 度，在磨損過程中，石墨烯形成了滑移層且摩擦熱被迅 速轉移散發(fā)，因此增強了涂層的耐磨性，石墨烯樹脂復合涂層可持久避免涂層出現局部破損，延長涂層的使用壽命。

3、導電效應

石墨烯的導電效應如圖所示，當防腐涂層出現局部破損時，由于石墨烯的引入賦予涂層優(yōu)良的導電性，可將陽極反應的電子傳輸至涂料表面使得陰極反應在涂層表面發(fā)生，因此陰極反應生成的OH-與陽極反應生成的Fe3+不能接觸反應，隨著Fe3+的累積，陽極反應將受到抑制，從而達到抑制腐蝕的效果。

4、陰極保護作用

通過添加鋅粉或鋁粉在防腐涂料中，使活性鋅（鋁）作為腐蝕反應的陽極，保護作為陰極的金屬基體，但是鋅粉的使用量非常高才能達到預期效果，但是大量的鋅存在會增大涂層孔隙率，降低防腐效果，通過摻入導電石墨烯，使其作為涂層中鋅顆粒的導電橋梁，提升鋅的利用率，促進犧牲陽極的電化學反應的進行，但是也有研究表明當石墨烯取向平行于金屬基底表面時，雖然能增強屏障阻隔作用，但是石墨烯對活性鋅的有效傳輸作用減弱，削弱了鋅對金屬基體的保護作用，磁性石墨烯對富鋅涂層中鋅的活化機理。

三、結語

石墨烯的研究與應用開發(fā)持續(xù)升溫，石墨和石墨烯有關的材料廣泛應用在電池電極材料、半導體器件、透明顯示屏、傳感器、電容器、晶體管等方面。鑒于石墨烯材料優(yōu)異的性能及其潛在的應用價值，在化學、材料、物理、生物、環(huán)境、能源等眾多學科領域已取得了一系列重要進展。 研究者們致力于在不同領域嘗試不同方法以求制備高質量、大面積石墨烯材料。并通過對石墨烯制備工藝的不斷優(yōu)化和改進，降低石墨烯制備成本使其優(yōu)異的材料性能得到更廣泛的應用，并逐步走向產業(yè)化。