叶片寿命可达1200小时 都是石墨烯涂层的功劳

日前，石墨烯涂层技术在秦皇岛经济技术开发区研制成功，该技术用于飞机新型发动机叶片隔热保护。经国家相关部门鉴定，该技术各项性能指标达到了国际领先水平，完全可以满足我国航天新型发动机实现叶片寿命1200小时需求，填补了国内隔热技术领域的空白。

新研制的石墨烯涂层技术解决了受热部件抗氧化、抗弯曲、改变导热系数等，有耐高温、隔热、耐腐蚀等特点，可抗高温1500度左右，使发动机叶片寿命达到1200小时，比原来延长了3倍。

相关数据统计显示，西方国家飞机发动机叶片寿命一般在1000小时到1600小时之间，而我国目前使用的还是两代半机热障涂层技术，发动机叶片寿命只有400小时左右。

据了解，石墨烯涂层技术是由远科秦皇岛节能科技开发有限公司历时5年自主研发运用石墨烯材料研制出来的。石墨烯材料主要是碳原子和稀土氧化物原子复合而成，这种复合性碳原子保护共性材料，使基础材料强度增强，形成了超保护薄膜，从而改变了隔热系数。

目前，该技术除应用于我国航空航天领域外，电厂、炼化厂、钢厂等民用领域也开始应用，在节能降耗方面作用明显。

什么是石墨烯基涂层制备？

分散好的石墨烯，通过高速搅拌方式可直接分散到树脂或者固化剂体系中。在工艺制备中，需要考虑分散剂与树脂或者分散剂是否会参加反应，比如环氧树脂涂层体系，一方面，石墨烯是惰性二维片层材料，但分散剂所含基团可能会与环氧树脂发生开环反应，而降低石墨烯的分散能力；另一方面，分散剂可能会与固化剂 （ 如腰果酚、聚酰胺等 ） 发生反应。这主要涉及石墨烯基涂层存储寿命或者保质期的问题。另外，涂层体系的粘度对石墨烯在树脂中的稳定分散也有很大关系，粘度过大，石墨烯不会沉底或者浮色，但对喷涂施工性能有影响。

水性环氧和含0.5%石墨烯/环氧涂层涂层在盐雾箱200小时后的照片

石墨烯基涂层防护机理

石墨烯是惰性碳材料，石墨烯本身对金属基底不起到防护作用。石墨烯与金属之间存在电势差，在潮湿环境中可形成腐蚀原电池，加速金属腐蚀，因为石墨烯具有优异的电子传导性能。但是纳米石墨烯片具有优异的阻隔水汽和疏水性能，可以提高涂层致密性和疏水性能。华东理工大学章勇以十六胺做分散剂对石墨烯进行分散，然后将石墨烯分散到环氧涂层中制备抗静电涂层，发现所制备石墨烯涂层的导电渗滤阀值为 0.5wt%；台湾学者 Chang 采用纳米浇铸法制备疏水石墨烯复合环氧树脂涂层，发现石墨烯可将水滴在环氧树脂界面上的接触角从 82°提高到 127°，其优异的超疏水性能可以有效阻隔水分子及腐蚀介质向涂层内部扩散，提高涂层对金属基底的防护效果。与同样方法制备的粘土 / 环氧树脂涂层相比，分散良好的石墨烯 / 环氧涂层的防护效果更加优异；同时石墨烯可以使金属表面形成一层氧化膜并起到钝化作用。

三种石墨烯环氧涂层在干摩擦和海水摩擦的磨痕截面积(上)和在干燥条件下的磨痕形貌(下)

石墨烯基防腐涂料的未来研究方向

石墨烯是一种新型的单层片状结构的碳纳米材料，具有完美的二维纳米层状结构、优异的疏水性能和导电性能，并且是碳质固体材料的基本结构单元。虽然石墨烯基涂层的防护性能受多种因素影响，尤其石墨烯的分散状态和层数，甚至部分腐蚀学者指出石墨烯涂层可以将金属电子迅速转移至涂层表面而加速金属腐蚀，但致密的石墨烯涂层在腐蚀初期显现出优异的防护效果。对于石墨烯复合树脂涂层，均匀分散的石墨烯不仅拥有优异的疏水特性和阻隔性能，还拥有较好的电荷转移特性，可作为防静电涂层服役到油罐和输油管道的工程实践中。同时，石墨烯复合涂层在冲刷腐蚀的摩擦界面上可形成具有自润滑的连续转移膜，减小摩擦系数并提升基体树脂材料的耐磨性能。为了进一步深入了解石墨烯的防腐机制，并提高石墨烯作为纳米二维填料的防腐蚀效果，需要在以下几个方面开展深入研究工作：

1）石墨烯基多层自组装体系在各种金属基底表面的可控构筑研究；2）石墨烯高效分散技术研究，包括非共价功能化、化学接枝改性和原位还原技术研究，在不改变石墨烯固有本征性能的同时，提高石墨烯在各种溶剂和树脂材料中的分散性能；3）深入开展石墨烯分散性能与石墨烯复合涂层的防护机制研究，可通过丝束电极、微电极等微区测试技术，探究金属在石墨烯涂层防护下的电流和电位分布，并通过人工加速实验，弄清石墨烯基涂层的失效衍化机制；4）石墨烯与有机树脂涂层间的腐蚀电化学机理研究，更深入地了解石墨烯在腐蚀反应过程中的物理和化学变化。

2）石墨烯增强树脂涂层在极端苛刻以及特殊环境下的防护性能的研究，如高温环境、空间环境和生物液体环境等。

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整理：ChemicalBook中文编辑部

编辑人员：娜米