石墨烯水性涂料的案例
天津大學(xué)汪懷遠(yuǎn)教授團(tuán)隊CEJ：具有高抗氧氣腐蝕能力的石墨烯水性涂料
水性防腐涂料由于綠色環(huán)保、含揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）少，對環(huán)境友好，對人體無害，因此受到越來越多的關(guān)注。然而，目前水性防腐涂料中殘留的親水基團(tuán)和表面活性劑會形成極性通道，有利于腐蝕介質(zhì)的滲透，導(dǎo)致涂層對腐蝕性介質(zhì)的屏蔽能力較差，尤其是在高壓氧腐蝕環(huán)境中。
基于上述研發(fā)需求，天津大學(xué)汪懷遠(yuǎn)教授團(tuán)隊通過經(jīng)濟(jì)高效的方法制備了功能化納米材料改性分散石墨烯（Gr），可使石墨烯在水中穩(wěn)定分散90天以上，解決了石墨烯水分散和兼容性問題。此外自主設(shè)計了一種旋涂取向法，可使功能化石墨烯N-CQDs@Gr在水性涂層中平行于金屬基板表面排布。這種涂層結(jié)構(gòu)不僅抑制了石墨烯因團(tuán)聚和導(dǎo)電引發(fā)的金屬微電偶腐蝕，而且最大化了石墨烯的阻隔性能。
圖1 (a) N-CQDs、(b) N-CQDs@Gr粒子以及 (c) N-CQDs@Gr涂層的制備示意圖。
圖2 (a1, a2) WEP、(b1, b2) Gr/WEP、(c1, c2) N-CQDs/WEP和 (d1, d2) N-CQDs@Gr/WEP涂層的SEM截面圖。
電化學(xué)測試表明，在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡90天后，水性功能涂層的阻抗值比WEP水性涂層高2個數(shù)量級左右，并且浸泡260天后水性功能涂層的阻抗值仍保持在109 ohm cm2 以上，尤其在3 MPa 純O2和3.5 wt.% NaCl溶液耦合的苛刻環(huán)境中浸泡10天后，水性功能涂層的阻抗值仍保持在1010 ohm cm2 以上，比WEP水性涂層高將近3個數(shù)量級。研究揭示了功能納米材料對涂層防腐能力提升的作用機(jī)理。
展開 石墨烯在涂料中的應(yīng)用
田振宇等研究了石墨烯在重防腐涂料中的應(yīng)用。研究表明，石墨烯的加入使環(huán)氧富鋅防腐涂料中鋅的利用率明顯提高，發(fā)揮了良好的陰極保護(hù)協(xié)同作用，大大降低了鋅粉的用量，減少了施工時的粉塵污染。當(dāng)石墨烯含量l％時，鋅烯復(fù)合涂層的物理機(jī)械性能和耐鹽霧性能隨石墨烯含量的升高而增大。
1.2 水性防腐涂料
水性防腐涂料是一種環(huán)保、綠色涂料，由于 VOC 較低，成為防腐涂料的重要發(fā)展方向，在防腐涂料領(lǐng)域方面的應(yīng)用呈上升趨勢。水性防腐涂料是以水為分散劑，表面張力大，漆膜成膜性一直不夠理想。在水性防腐涂料中加入石墨烯（晶瑞單層0.5-1.5nm），可以有效改善這一缺點。但由于水自身的特點，表面張力大，導(dǎo)致了水性防腐涂料的成膜性能、漆膜防腐性能總體上都不及溶劑型防腐涂料。巨浩波等采用溶液超聲法制備了石墨烯/硅丙乳液復(fù)合材料，結(jié)果表明，當(dāng)石墨烯用量為 0.7%時，其在高分子基體中的分散狀態(tài)最好，與不加石墨烯的硅丙乳液涂膜相比，復(fù)合材料的拉伸強度提高了 15.5%，斷裂伸長率下降了 3.6%，耐水性提高了 14%，失重 5%時的熱分解溫度提高了 43℃，防腐蝕性能也得到了極大提升。王耀文等研究發(fā)現(xiàn)，將0.5%～2%不同含量石墨烯作為防腐填料分別加入到水性環(huán)氧樹脂涂料中，有效地提高了涂層的防腐性能，隨著石墨烯含量的增加，涂料的防腐性能先提高后降低，當(dāng)石墨烯含量為 1.0%的涂層防腐效果最好。
2、石墨烯在導(dǎo)電涂料中的應(yīng)用
石墨烯（晶瑞單層0.5-1.5nm）本身的共軛體系使其電子傳輸能力很強，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，這使得它在導(dǎo)電涂料領(lǐng)域具有非常大的應(yīng)用潛力。賴奇等利用不同的插層剎對石墨烯進(jìn)行改性，在減少了石墨烯之間團(tuán)聚的同時提高了石墨烯在樹脂基體中的分散穩(wěn)定性。將改性后的石墨烯加入到丙烯酸樹脂中，研究表明：石墨烯的加入低了涂層電阻率，導(dǎo)電性能得到提高。
展開 iTherM Talks 第8期-石墨烯涂料在散熱中的應(yīng)用
01
議程安排
[19:30-20:30] 石墨烯散熱涂料在散熱中的應(yīng)用
[演講嘉賓] 狄鵬程，江蘇先豐納米材料科技有限公司/應(yīng)用工程師
[報告摘要] 通過闡述石墨烯的散熱理論，根據(jù)不同領(lǐng)域熱管理的實際需求，結(jié)合產(chǎn)品，展現(xiàn)石墨烯散熱涂料的優(yōu)勢，本次課程主要從1：石墨烯的常見制備方法；2：石墨烯散熱涂料的散熱理論；3：石墨烯散熱涂料的實際應(yīng)用分享。
02
企業(yè)介紹
納米技術(shù)是納米尺度上的工程學(xué)。納米材料是八十年代末發(fā)展起來的新材料領(lǐng)域。科技界認(rèn)為，納米技術(shù)是人類認(rèn)識和改造世界能力的重大突破，將引發(fā)下一場新的技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)革命。石墨烯的發(fā)現(xiàn)勢必會引領(lǐng)這場新的技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)革命。先豐人從08年開始石墨烯材料的研發(fā)、制備，并于2009年成功將石墨烯產(chǎn)品推向市場，肩負(fù)石墨烯產(chǎn)業(yè)化的歷史使命感，相信我們先豐人可以走得更遠(yuǎn)！
先豐納米成立于2009年，專注高品質(zhì)納米材料服務(wù)十四年，立志成為先進(jìn)納米材料制造商和技術(shù)服務(wù)商。公司現(xiàn)擁有4000平技術(shù)服務(wù)中心，研發(fā)中心超過1500平米，石墨烯粉體、漿料和石墨烯膜完整生產(chǎn)線，自主研發(fā)專利40多項，科研服務(wù)用戶超過65000家，工業(yè)服務(wù)用戶超過1000家，銷售遍布全球70多個國家和地區(qū)。
先豐納米致力于成為高品質(zhì)的納米材料制造商及技術(shù)服務(wù)商，與南京大學(xué)、東南大學(xué)、南京郵電大學(xué)以及中科院等院士團(tuán)隊密切合作，并與美國、新加坡等知名實驗室合作，共同開發(fā)新型納米材料。
展開 石墨烯基重防腐涂料已實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員、中國工程院院士薛群基和研究員王立平帶領(lǐng)的海洋功能材料團(tuán)隊研制的石墨烯基重防腐涂料已實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)并進(jìn)入大規(guī)模示范應(yīng)用階段。
石墨烯基重防腐涂料已實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)
目前正在擴(kuò)充建設(shè)年產(chǎn)5000噸石墨烯重防腐涂料生產(chǎn)線，批量產(chǎn)品已在國家電網(wǎng)沿海地區(qū)和工業(yè)大氣污染地區(qū)大型輸電鐵塔、西南地區(qū)光伏發(fā)電支架、石化裝備以及航天裝備等領(lǐng)域進(jìn)入規(guī)模示范應(yīng)用階段。
石墨烯作為新型的二維納米材料在重防腐涂料領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。雖然近年來石墨烯基重防腐涂料受到相關(guān)行業(yè)重點攻關(guān)，但是仍未實現(xiàn)其大規(guī)模實際應(yīng)用。主要原因在于：至今還沒有形成完善的涂料體系;缺少性能全面考核和實際工況長效服役評估;缺乏詳細(xì)的專用數(shù)據(jù)庫和相關(guān)涂料標(biāo)準(zhǔn);石墨烯成本相對較高。
針對石墨烯基重防腐涂料應(yīng)用中的共性技術(shù)難題，該研究團(tuán)隊聯(lián)合劉兆平團(tuán)隊以及寧波墨西科技有限公司協(xié)同創(chuàng)新合作開發(fā)了重防腐專用石墨烯復(fù)合粉體和漿料，重點突破了石墨烯與其他功能微納米填料的復(fù)合技術(shù);與涂料生產(chǎn)企業(yè)和防腐工程施工企業(yè)合作，通過涂裝體系搭配，創(chuàng)造性地解決了涂料的帶銹涂裝重大難題和海洋耦合環(huán)境長壽命耐候性核心問題，開發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵工藝配方，實現(xiàn)了石墨烯基重防腐涂料的低成本穩(wěn)定量產(chǎn)。
為滿足不同應(yīng)用需求，寧波材料所已經(jīng)成功開發(fā)了系列石墨烯(白石墨烯)基沿海儲油罐重防腐涂料、導(dǎo)靜電防腐涂料、電網(wǎng)塔架防腐涂料、光伏塔架防腐涂料、耐海水防腐涂料和航天國防特種涂料等8大系列防腐和耐磨涂料。石墨烯基重防腐涂料已通過5000小時鹽霧實驗、2000小時耐5%H2SO4和2000小時耐5%NaCl浸泡等第三方檢測試驗。
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寧波材料所石墨烯基重防腐涂料開始大規(guī)模示范應(yīng)用
中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員、中國工程院院士薛群基和研究員王立平帶領(lǐng)的海洋功能材料團(tuán)隊研制的石墨烯基重防腐涂料已實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)并進(jìn)入大規(guī)模示范應(yīng)用階段。
目前正在擴(kuò)充建設(shè)年產(chǎn)5000噸石墨烯重防腐涂料生產(chǎn)線，批量產(chǎn)品已在國家電網(wǎng)沿海地區(qū)和工業(yè)大氣污染地區(qū)大型輸電鐵塔、西南地區(qū)光伏發(fā)電支架、石化裝備以及航天裝備等領(lǐng)域進(jìn)入規(guī)模示范應(yīng)用階段。
石墨烯作為新型的二維納米材料在重防腐涂料領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。雖然近年來石墨烯基重防腐涂料受到相關(guān)行業(yè)重點攻關(guān)，但是仍未實現(xiàn)其大規(guī)模實際應(yīng)用。主要原因在于：至今還沒有形成完善的涂料體系;缺少性能全面考核和實際工況長效服役評估;缺乏詳細(xì)的專用數(shù)據(jù)庫和相關(guān)涂料標(biāo)準(zhǔn);石墨烯成本相對較高。
針對石墨烯基重防腐涂料應(yīng)用中的共性技術(shù)難題，該研究團(tuán)隊聯(lián)合劉兆平團(tuán)隊以及寧波墨西科技有限公司協(xié)同創(chuàng)新合作開發(fā)了重防腐專用石墨烯復(fù)合粉體和漿料，重點突破了石墨烯與其他功能微納米填料的復(fù)合技術(shù);與涂料生產(chǎn)企業(yè)和防腐工程施工企業(yè)合作，通過涂裝體系搭配，創(chuàng)造性地解決了涂料的帶銹涂裝重大難題和海洋耦合環(huán)境長壽命耐候性核心問題，開發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵工藝配方，實現(xiàn)了石墨烯基重防腐涂料的低成本穩(wěn)定量產(chǎn)。
為滿足不同應(yīng)用需求，寧波材料所已經(jīng)成功開發(fā)了系列石墨烯(白石墨烯)基沿海儲油罐重防腐涂料、導(dǎo)靜電防腐涂料、電網(wǎng)塔架防腐涂料、光伏塔架防腐涂料、耐海水防腐涂料和航天國防特種涂料等8大系列防腐和耐磨涂料。石墨烯基重防腐涂料已通過5000小時鹽霧實驗、2000小時耐5%H2SO4和2000小時耐5%NaCl浸泡等第三方檢測試驗。
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