石墨烯作为一种具有单原子层厚度的二维碳纳米材料，因其独特的蜂窝状晶格结构及卓越的物理、化学特性，近年来在金属表面腐蚀防护领域引起了广泛关注。
石墨烯不仅具有优异的机械强度、导电性和导热性，还表现出极强的阻隔性能和疏水性能。将石墨烯及其衍生物引入硅烷体系中，可显著提高涂层的致密性和耐腐蚀性。一方面，石墨烯层间的堆叠结构对腐蚀介质如氧气和水分的渗透具有显著的阻隔作用；另一方面，其本身的疏水特性可以进一步降低涂层表面的润湿性，从而有效延长金属基材的使用寿命。
有研究指出，将石墨烯添加到硅烷中，可以显著提升复合硅烷膜的防腐蚀性能。陶祯臻通过溶液共混法，将石墨烯/环氧硅烷复合防腐液辊涂在镀锌板表面，并利用电化学阻抗谱、塔菲尔曲线测试和中性盐雾实验研究了石墨烯在复合硅烷膜中的性能优化。研究表明，当石墨烯添加量为2%时，复合硅烷膜的腐蚀电流密度最低，极化阻抗最高，可耐受中性盐雾实验24小时，表现出不错的防腐性能。这归因于石墨烯优异的阻隔特性，其片层结构有效延长了腐蚀介质的渗透路径，同时增强了复合膜的疏水性。
然而，石墨烯较大的比表面积和较强的范德华力容易导致片层团聚，从而削弱其阻隔效果。相较之下，氧化石墨烯（GO）因表面富含多种含氧官能团（如羟基、羧基和环氧基），具有较好的分散性，但其热稳定性较低，限制了在高性能涂层领域的进一步应用。通过硅烷偶联剂的共价键改性，可在保持氧化石墨烯二维结构的基础上，提高其热稳定性，并改善与硅烷基质的相容性，从而进一步发挥其优异的屏障性能。”
石墨烯在硅烷膜中的改性作用主要是
填补膜层缝隙：石墨烯，特别是氧化石墨烯（GO），凭借其致密的二维结构和纳米级厚度，可作为扩散屏障，应用于金属表面。在硅烷膜中添加石墨烯可补足膜层缝隙，使其更加均匀致密，从而显著提高耐腐蚀性能。
提升膜层性能：石墨烯的优异热学和化学稳定性能提升硅烷膜的耐蚀性、耐热性和化学稳定性。石墨烯的加入还改善了膜层的机械性能，如硬度、耐磨性和抗划伤性。
应用范围：石墨烯-硅烷膜耐腐蚀性能优于传统锌系磷化膜，广泛用于金属表面前处理行业。适用于冷轧板、镀锌板、镁铝板等金属，尤其是喷砂钢板等难以处理的金属表面。
例如：
防腐应用
石墨烯-硅烷涂层在镁合金、不锈钢、碳钢等基材上显著提高了耐腐蚀性能。广泛应用于轻量化监控设备、无人机、航天航空、新能源汽车、消费电子等领域。
导热散热应用
石墨烯的优异导热性能使其成为导热散热涂层的关键材料，结合硅烷化技术，可制备高效导热散热涂层，用于冷凝器、散热器、蒸发器等热交换设备。
其他功能性应用
根据需求，可制备自润滑、耐摩擦、防静电等功能性涂层。这些涂层在轨道交通、海洋装备、化工、电力等领域展现了广阔的应用前景。
石墨烯及其衍生物在金属表面改性硅烷化处理中展现了显著的应用价值和潜力。通过优化制备工艺和技术，未来可进一步拓展其应用领域并提升性能表现。
朱光华教授研究了一种量子碳素材料——曲面石墨烯，可以均匀的分散不团聚，保持期长达三年。
改性氧化石墨烯的研究：
1、硅烷化改性氧化石墨烯
Li等采用微波辐射方法将正硅酸乙酯（TEOS）成功接枝至氧化石墨烯表面，制备了硅烷化石墨烯（SGO）。TEOS在氧化石墨烯与硅烷基质之间搭建了“分子桥”，显著提高了氧化石墨烯的分散性和相容性。SGO通过物理屏障作用抑制电解质溶液的渗透，并填充硅烷涂层中的微孔，形成更致密的涂层结构，从而显著提高了复合涂层的防腐性能。
2、氨基硅烷偶联剂改性氧化石墨烯
Ramezanzadeh等研究发现，经APTES（3-氨丙基三乙氧基硅烷）功能化的氧化石墨烯（FGO）在掺杂硅烷涂层中展现出优异性能。极化曲线测试显示，掺杂0.1%FGO的复合硅烷膜的腐蚀电流密度降低了一个数量级，极大增强了耐蚀性。此外，500小时盐雾实验中，掺杂FGO的涂层未出现气泡，阴极剥离实验结果也表明涂层的结合力显著提升。这是由于FGO表面富含-NH2基团，不仅改善了涂层的润湿性，还能与环氧基团发生化学反应，增强硅烷涂层与底材的界面相互作用。
3、氧化石墨烯与硅烷共水解
Xue等通过将GO与KH-560硅烷共水解，在铝合金表面制备了复合溶胶-凝胶层。研究表明，GO中的羟基可与硅烷水解产物（-OH）反应，生成Si-O-C共价键，从而提高了膜层的交联密度。电化学测试显示，GO的最佳浓度为0.5mg/mL，此时溶胶-凝胶膜具有最优的耐腐蚀性能。过高的GO浓度虽然增加了膜层厚度，但因表面粗糙度的上升导致耐蚀性下降。
未来研究方向：
尽管石墨烯及其衍生物的掺杂能够通过增强涂层的阻隔性能显著提高复合膜的耐蚀性，但当涂层受损时，其保护效果会显著下降。因此，未来研究的重点是通过功能化改性或复配缓蚀剂赋予石墨烯及其衍生物主动防护性能，以实现长期、高效的金属防腐保护。同时，开发环境友好、可规模化制备的新型石墨烯改性技术，也是实现工业化应用的重要方向。
信息来源：硅碳创新汇
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