[发明专利]一种聚多巴胺掺杂石墨烯耐腐蚀涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种聚多巴胺pDA掺杂石墨烯GR耐腐蚀涂层的制备方法。该复合涂层的特点是石墨烯均匀分散在聚多巴胺中形成复合涂层，并具有强耐腐蚀性能。实现方式为：利用多巴胺的氧化自聚合反应生成聚多巴胺膜这一特性，将石墨烯包覆其中制备得到聚多巴胺‑石墨烯复合涂层。在该涂层体系中，利用聚多巴胺与石墨烯的结构相似性实现对石墨烯的结构缺陷修补；利用聚多巴胺本身绝缘这一特性将石墨烯与金属基体隔离，以抑制电偶腐蚀反应。该复合涂层制备简单，环境友好，可在任意形状样品表面制备，并能够实现规模化生产。

技术领域

本发明涉及功能材料领域，特别涉及一种聚多巴胺掺杂石墨烯耐腐蚀涂层的制备方法。

背景技术

社会生产生活中，金属材料作为主要的结构材料，要求其能够承受外部环境的侵蚀下仍能保持原来的力学性能。研究表明，自然界中金属材料的失效形式以断裂与腐蚀失效为主。据统计，由于金属材料的腐蚀失效造成美国每年的经济损失达2000亿美元。由此可见，金属材料的腐蚀失效为国家带来巨大的经济及资源浪费。因此，强化金属材料的耐腐蚀性能具有巨大意义。

石墨烯自从被发现以来，便受到众多研究人员的关注。石墨烯是由碳原子以SP²杂化方式形成的具有蜂巢状碳六圆环结构的二维材料，单层厚度仅有0.335纳米，是目前已知厚度最薄的材料。除了碳原子以σ键相互链接形成六角环的蜂窝式层状结构外，每个碳原子的垂直于片层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的大π键(与苯环类似)。这种特殊的碳六元环结构赋予了石墨烯一系列优异的性能，如导电性：石墨烯的电子迁移率在室温下可超过15000cm²/(V·s)；光学性能：单层石墨烯的吸光率仅有2.3％，透光率可达97.7％；导热性：室温下石墨烯的热导率约为5×10³W/(m·K)，是相同条件下铜的10倍多；力学性能：C.Lee等在原子力显微镜下用纳米压痕法测量得到单层石墨烯的强度约为130GPa，杨氏模量达1.1TPa，是目前已知强度最高的材料；化学稳定性：由于石墨烯为碳六元环结构且表面无化学官能团，呈化学性质呈惰性。因此，石墨烯在大量研究中作为增强相以提高基体的理化性能。

目前，对于石墨烯增强金属基体力学及耐腐蚀性能已有大量研究，结果表明石墨烯自身孔径极其微小的六元环结构是起到抑制腐蚀介质扩散的主要因素。然而目前制备的石墨烯均会存在结构缺陷(晶界、点缺陷等)，这会弱化石墨烯的腐蚀保护性能。因此需要对石墨烯的结构进行修补，以提高石墨烯的腐蚀保护性能。此外，研究还发现存在于石墨烯与金属基体间的电偶腐蚀反应会促进金属腐蚀的进行，导致石墨烯的腐蚀保护作用失效。因此目前针对石墨烯在金属防腐领域的应用，修补石墨烯的结构缺陷与抑制电偶腐蚀是亟需解决的两个问题。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明在于提供一种聚多巴胺掺杂石墨烯复合涂层的制备方法，在该涂层体系中，利用聚多巴胺与石墨烯的结构相似性实现对石墨烯的结构缺陷修补；利用聚多巴胺本身绝缘这一特性将石墨烯与金属基体间隔离，以抑制电偶腐蚀反应。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种聚多巴胺掺杂石墨烯耐腐蚀涂层的制备方法，石墨烯在聚多巴胺中均匀分布，形成复合涂层：

首先将石墨烯分散到去离子水中，石墨烯浓度为0.1-2g/L，超声震荡30-60分钟，然后磁力搅拌30-60分钟，实现对石墨烯的初步分散。随后向石墨烯水溶液中加入Tris(三羟甲基氨基甲烷)，保持其浓度为10mmol/L。调节溶液pH值，使pH稳定在7.5-9。向溶液中加入多巴胺，保持其浓度为0.1-2g/L。将铜箔浸没到溶液中，将溶液置于15-35℃环境中反应3-24小时，同时采用磁力搅拌不断缓慢搅拌。

使用的石墨烯片层大小为1-1000μm²，层数为1-10层。

采用普通稀盐酸、稀硫酸、氢氧化钠、氨水等溶液调节溶液pH值，使pH稳定在7.5-9。

所制备的聚多巴胺掺杂石墨烯复合涂层厚度为1-15nm。