石墨烯/铜复合材料的制备与耐腐蚀性能的研究

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材料的腐蚀时时刻刻都在进行着,腐蚀引起大量的资源浪费、环境污染和经济损失的同时,也会给人类的生产生活带来很多安全隐患,因此,杜绝或减缓材料的腐蚀一直是一件刻不容缓的事情。目前有通过改变材料本身结构、表面镀膜和在腐蚀介质中添加缓蚀剂的方式来抑制或降低材料的腐蚀。金属铜具有良好的导电性、导热性,因此被广泛应用在人们的生活的方方面面,例如电力行业、电子行业、能源石化领域、交通领域等。暴露的铜在自然环境中容易被腐蚀,因此对金属铜的防腐研究具有非常重大的意义。有许多研究表明,通过化学沉积法在金属铜箔表面长石墨烯后,金属铜箔的耐腐性能提高,这主要是由于石墨烯具有特殊结构。本文主要想要将宏观的石墨烯/金属箔的概念应用到微观的微纳米铜片上,即在微纳米铜片表面包覆石墨烯。之后,将石墨烯/铜片组装成块状石墨烯/铜复合材料。随后,本文探究了石墨烯/铜片与组装的块状石墨烯/铜复合材料的腐蚀性能,探究包覆石墨烯是否能够提高铜片的耐腐蚀性能。纯铜片与石墨烯/铜片和FeCl3的反应表明石墨烯/铜片的耐腐蚀性能要明显高于纯铜片;块状石墨烯/铜材料的腐蚀性能的表征主要通过盐雾腐蚀、电化学腐蚀。盐雾腐蚀实验设置了5组不同的腐蚀时间,分别为6h,24h,48h,96h,144h;由于石墨烯/铜片在组装而成的块状材料是层状结构的,每一组相同腐蚀时间的实验组都设置了三组实验,一组是对照组:纯铜片通过热压组装成的纯铜块(Pure Cu);一组是与层状结构(层状结构由EBSD表征证实)平行的腐蚀面(Gr/Cu-ip),一组是与层状结构垂直的腐蚀面(Gr/Cu-cp)。盐雾腐蚀试验的腐蚀形貌结果表明,随着腐蚀时间的增长,纯铜块和石墨烯/铜腐蚀材料的腐蚀都会加剧,而在相同的腐蚀时间下,Pure Cu的腐蚀最为严重,Gr/Cu-cp的腐蚀状况次之,Gr/Cu-ip的腐蚀程度最小。电化学腐蚀包括电化学阻抗图、循环伏安曲线和塔菲尔曲线的测试。电化学腐蚀结果表明,Pure Cu的腐蚀速率为0.316 mm/year,Gr/Cu-cp的腐蚀速率为0.289 mm/year,Gr/Cu-ip的腐蚀速率为0.210mm/year。电化学腐蚀和盐雾腐蚀的实验结果均表明,块体石墨烯/铜复合材料的防腐蚀性能比纯铜块优异,而块体石墨烯/铜复合材料的Gr/Cu-ip的防腐蚀性能比Gr/Cu-cp优异。本文的实验通过在铜片表面包覆石墨烯,将微纳米尺寸的石墨烯/铜片组装成宏观的块状石墨烯/铜复合材料,并研究其耐腐蚀的性能。由于石墨烯/铜复合材料的力学性能、导电性和导热性都相对于纯铜材料有了非常显著地提高,提高该材料的耐腐性能能够能进一步推广其应用于人们的生产生活中。试验也表明,石墨烯的存在确实提高了金属铜的耐腐蚀性能,并且与层状结构相平行的腐蚀面的耐腐性能更加优异,即Gr/Cu-ip的耐腐蚀性能最优异。
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