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石墨烯到底能夠防止還是加速銅的腐蝕？

2020-02-26 12:22:48 作者：Carbontech 來源：Carbontech 分享至：

韓國中央大學(Chung-Ang University)的科學家們在Hyungbin SonKorea教授的帶領下，觀察到石墨烯形成一種防止銅腐蝕的雜化層的獨特方式。

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石墨烯到底是會促進還是防止銅的腐蝕?新的研究終于解決了爭論

銅的使用面臨的一個挑戰在于即使在環境條件下，銅的表面也會隨時間氧化，最終造成其腐蝕。因此找到一種保護銅裸露表面的方法非常有價值。保護金屬表面的一種常用方法是在其上涂上防腐蝕物質。石墨烯作為抗腐蝕涂層的候選材料已被廣泛研究，因為它可作為氣體分子的屏障。但是，有相關研究稱石墨烯片層只能在短時間內（少于24小時）保護銅免受腐蝕。令人驚訝的是在初始階段之后，石墨烯似乎可能還會提高銅的腐蝕速率，這與它的抗腐蝕性質完全相反。

為了弄清銅中石墨烯的特殊性質，韓國研究小組研究了銅基上的石墨烯島，分析了其腐蝕模式。Son教授解釋說：“眾所周知，石墨烯在機械上非常堅固，并且對所有氣體（包括氫）都具有不滲透性。此前有研究聲稱，石墨烯由于各種缺陷而加速了銅基材的腐蝕，這些特性作為金屬的氧化阻擋層受到了極大的關注，并在十多年來一直存在。然而，它們還沒有在更長的時間尺度上進行定性研究。因此，我們有動機去研究石墨烯在石墨烯-銅界面上作為耐腐蝕膜的作用。” Son教授及其團隊使用拉曼光譜儀，掃描電子顯微鏡和白光干涉儀觀察了30天的銅腐蝕趨勢。

研究小組檢測到腐蝕首先在邊緣發生，從而在邊緣，晶界和原子缺失等各種缺陷處擴散了銅，氧化銅（Cu2O）的氧化形式。這導致水蒸氣分裂，為氧化過程提供氧氣，直到整個屏障似乎變得無用，使得下面的銅被完全腐蝕。由于石墨烯對周圍水蒸氣的影響，銅基板的受保護部分比未受保護的部分腐蝕更嚴重。隨著時間的流逝，在石墨烯片下面形成的Cu2O分散了應變，并在石墨烯中引起了p摻雜，形成了雜化狀結構。但是，在暴露于環境條件下13天后，研究小組發現了一些新東西。他們觀察到，在新石墨烯和氧化亞銅層形成的地方，腐蝕速度明顯減慢。與此同時，未受保護的銅繼續以恒定的速率腐蝕，直到其滲透深度遠遠超過石墨烯防護層下的腐蝕。

這些發現表明，石墨烯實際上可以保護銅免受深度的穿透性氧化，這與先前的研究結論不同。Son教授解釋說：“我們觀察到，在更長的時間范圍內（超過1年），石墨烯-Cu2O雜化結構成為抗氧化保護層。石墨烯以外的區域被CuO嚴重氧化，深度為270 nm 。”

Son教授總結說：“近十年來，石墨烯的抗腐蝕性能一直存在爭議，許多研究表明，石墨烯會加速銅的氧化（導致其腐蝕）。我們首次證明了石墨烯-Cu2O雜化物與裸銅相比，這種結構的形成從長遠來看大大降低了銅的氧化速度。”

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