為了應對金屬在腐蝕性介質(zhì)中的腐蝕失效問題，金屬表面覆膜工藝得到了廣泛應用和發(fā)展，包括將金屬氧化物膜、非金屬氧化物膜以及碳材料在內(nèi)的多種膜層材料應用于金屬表面隔絕與腐蝕介質(zhì)的接觸，達到防止金屬基體腐蝕，延長材料服役壽命的目的。然而傳統(tǒng)覆膜材料本身厚度會造成尺寸差異，在一些需要公差配合的領(lǐng)域應用中受到限制。石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的最薄單原子層厚度的二維材料，2008年Bunch等人研究發(fā)現(xiàn)單層石墨烯對包括氦氣在內(nèi)的標準氣體都是不可穿透的，可作為分離兩種相態(tài)的最薄屏障，這使研究人員關(guān)注到石墨烯膜層結(jié)構(gòu)作為耐腐蝕涂層的可能性。

不同基體的腐蝕機制原理圖：（ａ）銅基體；（ｂ）銅－石墨烯基體

    Chen等人研究了在銅和銅鎳合金基底上運用CVD方法制備的單層石墨烯薄膜的抗氧化性能，研究發(fā)現(xiàn)單層石墨烯原子層能夠成功地隔離基底金屬與活性介質(zhì)環(huán)境的接觸，即使在空氣中加熱到200 ℃，4h后，石墨烯晶粒內(nèi)無明顯氧化現(xiàn)象發(fā)生，但在晶界處有部分氧化物產(chǎn)生。石墨烯膜的質(zhì)量完整性在腐蝕防護體系中顯得尤為重要， Chen等人的研究還發(fā)現(xiàn)石墨烯膜可以防止過氧化物對基體的侵蝕。Prasai等人采用CVD方法在銅和鎳表面生長出石墨烯膜，與裸銅基體相比，表面長有石墨烯薄膜涂層的銅體系在Na2SO4溶液中的腐蝕速率降低了接近7倍，而化學氣相沉積在鎳表面生長多層石墨烯膜的體系以及通過轉(zhuǎn)移方法在鎳金屬表面涂覆四層石墨烯的體系與裸鎳金屬相比，腐蝕速率分別降低了20倍和4倍，而且轉(zhuǎn)移的膜層越多，體系耐腐蝕性越好；電化學阻抗譜研究發(fā)現(xiàn)，盡管石墨烯本身沒有發(fā)生腐蝕破壞，基底金屬仍然會在石墨烯膜的缺陷和斷裂處產(chǎn)生腐蝕。Singh Raman等采用CVD方法在銅表面制得了石墨烯薄膜，發(fā)現(xiàn)銅基體在涂覆石墨烯薄膜后，在NaCl溶液中陽極區(qū)的電流和陰極區(qū)的電流都有1~2個數(shù)量級的降低，交流阻抗值也明顯增加，裸銅基體上形成的氧化物不能阻擋氯離子對銅基體的侵蝕，而覆蓋石墨烯薄膜后，惰性和不透水的石墨烯層能夠有效的阻擋氯離子對銅基底的侵蝕（如圖所示）。Kirkland等的研究工作揭示了石墨烯作為耐腐蝕膜的特異性，他們研究發(fā)現(xiàn)石墨烯膜能夠減弱鎳基底的陽極溶解反應，然而對銅基底而言，石墨烯膜減弱的是陰極還原過程，盡管如此，石墨烯膜在基底和環(huán)境介質(zhì)之間還是可以起到屏障的作用來降低和延緩金屬基底的腐蝕。

    Chang等在PPA/P205介質(zhì)中通過直接親電取代反應、剝離和功能化得到了聚苯胺/石墨烯復合涂層材料，與聚苯胺/粘土復合涂層材料相比，能夠更好的隔絕氧氣和水蒸氣的侵害。

    盡管石墨烯膜可以在基體和環(huán)境介質(zhì)之間形成有效屏障，為優(yōu)良的薄層耐腐蝕體系制備提供了可能。但是，高質(zhì)量石墨烯的制備以及如何在轉(zhuǎn)移過程中保持石墨烯膜的完整性仍是限制其廣泛應用的關(guān)鍵所在。（來源： 原作者：耿浩，李金華，劉宣勇）