石墨烯表层超疏水金属的耐腐蚀研究

Anti-corrosion of metals is an important technology in industrial production, and in consequence arouses wide attentions. In general, the common implementations including painting, electroplating, passivation and electrochemical protection for anti-corrosion need to modify the metal surface, which will damage its original thermal or electromechanical properties and limit the applications. In recent years, with the development of material science and nano-fabrication, anti-corrosion of metal based on bionic super-hydrophobic technique exhibits new opportunities and unique superiorities for broad application prospects. In this project, we focus on the construction of super-hydrophobic corrosion-resistant surface of metal, and present a rational method combined with laser machining and low-temperature chemical vapor deposition (LT-CVD) technology for graphene growth to realize the anti-corrosion architecture of metal. By analyzing the intrinsic relationship between the technology and the preparation structure, check on the feasibility and integrate this anti-corrosion material into copper flow sensor to test the working condition in harsh environments, and then evaluate its significance of practical application.

金属的腐蚀问题关系工业生产、国民经济等诸多方面，是备受关注的热点问题。常规的防腐蚀方法包括涂料、电镀、钝化、电化学保护等，这些方法通常需要对金属表面进行改性，这不仅改变了金属热和机电性能，还限制了金属材料的应用。近年来，材料科学的发展与微纳制造工艺的进步为金属表面耐腐蚀领域带来了新的契机，其中基于仿生超疏水表面的金属耐腐蚀工艺展现了独特的优越性和广阔的应用前景。本项目中针对如何构建理想的金属超疏水耐腐蚀表面问题，提出激光加工技术和石墨烯低温化学气相沉积（CVD）生长技术相结合的方法，实现具有仿荷叶超疏水特性的金属耐腐蚀表面的构建。通过研究制备技术与制备结构之间的内在联系，定量判断和定性分析其仿生超疏水金属表面耐腐蚀性能，并将其集成于金属铜材料为主体流量传感器中测试其恶劣环境下工作状态，评价其耐腐蚀实际应用意义。

在人类现代工业文明发展的各个阶段，具有优良机械性能（如硬度和塑性）的金属材料一直起着奠基石的作用。金属材料是传统的机械加工材料，也是仿生领域实现仿生结构诱导功能的初始材料。尽管在金属表面制造仿生的微纳结构是具有科学意义，但是传统的金属材料(铁、铜、铝等)具有高表面能，即使表面微纳结构已经被制备出来，仍然不能够实现表面超疏水状态。同时，金属材料的理化特性不稳定，耐酸碱腐蚀能力也相对较差。尽管现代金属锻造技术和加工技术在这方面取得了一定的进展。目前，能够赋予传统金属表面自然润湿性的新型仿生技术仍是人们迫切需要的。石墨烯是独特的二维蜂窝状的碳纳米材料，其厚度只有0.34 nm，自从被发现起便吸引了最广泛的关注。石墨烯材料具有优良理化性能，使它在各个科学研究领域有着引人注目的研究前景。同时石墨烯材料具有良好的生物相容性和较低的表面能，是制造仿生结构表面理想的候选材料。石墨烯材料由于其独特的渗透性和疏水性，可以有效地减少金属表面电化学反应的发生。同时，外层石墨烯层具有良好的相容性和环境友好性，较好地保护了金属材料的物理性能。石墨烯材料作为一种实现金属材料表面功能化的涂层材料，为金属仿生功能表面的开发带来了新的机遇。