高质量薄层石墨烯导电、防腐、散热等多功能防护涂层应用

中国粉体网讯  中国涂料行业历经一百多年的发展，已经超过三千多亿市场规模。 从政策法规、标准、国际竞争、行业趋势等几个方面，涂料行业从以前的高速发展迈入了创新驱动、绿色转型、节约资源、高性能化的高质量发展阶段。

高质量薄层石墨烯材料，厚度仅为几个原子层，对所有原子、分子都具有不可渗透性，与传统材料比较，相同质量下，具有更大的片层阻隔面积。石墨烯具有优异的力学、导电、导热性能，在涂料中实现均匀分散后，高质量薄层石墨烯可以作为防腐、防水、耐候、机械性能增强的原子片层阻隔原料，正在为更具优异性能和更多功能的涂料提供重要价值。

当前，石墨烯改性防腐底漆是一种具有性价比优势的工业涂料升级产品，其技术和标准发展已经初步成熟，具有较大市场空间，包含溶剂型和水性涂料，包含有机和无机的涂料。此外，通过高质量石墨烯解决水性、高固含、无溶剂、粉末类的环保涂料转型中遇到的各种技术问题，也是技术和市场的重要机遇。

石墨烯在防腐涂层中的作用机制

阻隔效应

石墨烯中C—C键长为0.142nm，碳原子的范德华半径0.11nm，正六边形孔径仅为0.064nm，石墨烯对于腐蚀性介质（H₂O、O₂、Cl^-）具有良好的阻隔性能，抗腐蚀介质渗透，可在防腐涂层中发挥优异的物理屏蔽效果。同时，石墨烯是一种二维纳米材料，可填充涂层间隙，使涂层更加致密。

迷宫效应

石墨烯因其极大的比表面积、纳米级的尺寸和薄片状的结构而具有出色的阻隔性能。通过其二维片层结构的堆叠，构筑成致密的物理屏障，能在涂层中形成弯曲的通路，使得O₂、Cl^-等腐蚀介质穿越涂层到达金属基材表面的路径大大延长，延缓了腐蚀介质透过涂层与基材表面的接触，这种现象也被称为“迷宫效应”。因此，其常被应用于加强树脂涂层的防腐性能。

阴极保护协同效应

研究表明，环氧富锌底漆中只有25%～30%的锌粉在阴极保护中起作用，大部分锌粉仅作为导电介质，高导电性的石墨烯增强了锌颗粒与钢材间的电连接，提

高锌粉利用率，降低锌粉用量，延长了阴极保护时间。

石墨烯在导电、散热中的应用

在导静电涂料应用中，石墨烯具有10⁸ S/m的高电导率，与碳纳米管一起成为新型碳纳米结构导电填料体系，优势在于以很少的添加量，实现优异导静电性能。石墨烯-碳纳米管复合体系，替代大量的金属填料、金属氧化物、导电云母复合填料、传统的石墨-碳黑复合碳系导电填料体系。

石墨烯具有3000~5000W/mK超高热导率，是良好的导热、散热、电加热涂料的理想选择，可应用于电子、光伏、LED、5G基站等散热等领域。

石墨烯具有极强的紫外光吸收能力，少量石墨烯添加到涂料中，无论是丙烯酸类，还是聚氨酯、聚硅氧烷，甚至氟碳漆，均能有效提升其耐UV、耐候性能，其机制在于石墨烯对紫外和可见光具有很强的吸收能力。此外，高质量石墨烯可作为良好的疏水添加剂，解决有机硅等涂料提升疏水、超疏水性能。

目前，石墨烯高性能涂料已经陆续在桥梁、轨道交通、石化、风电、海工、建筑钢结构等领域渗透和应用。随着石墨烯制备、涂料产品开发及市场应用、产业链逐步走向成熟，将形成以石墨烯改性涂料为升级型产品的市场趋势。

2024年10月29日在上海跨国采购会展中心，由北京粉体技术协会与柏德英思展览(上海)有限公司联合主办2024第三届低维碳纳米材料制备及应用技术交流会。届时来自中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所/苏州格瑞丰纳米科技有限公司的刘立伟研究员将作题为《高质量薄层石墨烯导电、防腐、散热等多功能防护涂层应用》的报告。报告主讲人将介绍高质量薄层石墨烯导电、防腐、散热等多功能防护涂层应用以及石墨烯工业化的未来展望。

专家简介：

刘立伟，研究员，苏州格瑞丰纳米科技有限公司董事长。2005年获中国科学院物理研究所凝聚态物理专业博士学位。2006-2007年美国中佛罗里达大学纳米科技中心(NanoScience Technology Center, University of Central Florida)博士后。2007年作为科研骨干引进至中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所。主要从事碳纳米管、石墨烯纳米材料合成、器件制作、及应用研究。已经在Adv. Mater., Phys. Rev. B, Appl. Phys. Lett., J. of Phys. Chem. B, J. of Phys. Chem.等国际高质量期刊发表论文。已申请国家发明专利5件。主持国家自然科学基金面上项目1项，主持苏州市科技发展计划项目和教育部留学回国人员科研启动基金各1项，参加国家自然科学基金重点项目(Award ID: 10834004)、国家自然科学基金重大研究计划纳米制造培育计划、科技部973等项目。并获苏州市“高层次紧缺人才计划”等资助。

参考来源：

鄂忠敏，石墨烯为高性能涂料开创新的市场机遇—访苏州格瑞丰纳米科技有限公司董事长刘立伟

魏珍妮等，石墨烯快速散热涂料在波纹管防腐中的应用

邓靖，石墨烯涂料防腐可靠性的探究

（中国粉体网编辑整理/留白）

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