[發明專利]一種晶面依賴的石墨烯防護金屬腐蝕的方法

有效

• 申請號: 201710961693.4
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107740118B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 徐小志;俞大鵬;王恩哥;劉開輝
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C23F15/00
• 分類號: C23F15/00
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 蘇愛華

本發明提供了一種晶面依賴的石墨烯防護金屬腐蝕的方法。所述方法將石墨烯利用化學氣相沉積等方法覆蓋在金屬箔片表面，利用石墨烯的完全不可穿透性以及與金屬襯底之間的相互作用，對自然氧化、熱水蒸汽熏以及海水環境下的金屬進行防護，保護金屬不被腐蝕。本發明提出的方法，解決了金屬氧化腐蝕的問題，通過非常簡單的方法，實現了石墨烯對金屬的防護。

技術領域

本發明涉及一種晶面依賴的石墨烯防護金屬腐蝕的方法。

背景技術

銅是一種被廣泛引用的有色金屬材料，具有良好的導電性、導熱性、延展性，且熔點較低，易于冶煉，便于大規模、低成本的工業生產加工，因此被廣泛運用于電氣工業、輕工業、機械制造業、建筑工業、國防工業等。在銅的應用中，一個嚴重的問題是銅的含氧腐蝕：當銅長期暴露于空氣中時，空氣中的氧氣和水蒸氣會與銅發生反應，生成銅的氧化物，從而極大地影響銅制品的質量，甚至直接影響銅制品的正常功能。目前，人們為了避免銅的含氧腐蝕，往往采用鍍其它金屬、有機物保護層、氧化物保護層等，但它們往往具有導電性、導熱性較差，較厚，透光性差，保護不完全等缺陷。由于銅的應用極為廣泛，每年因銅氧化腐蝕的損失數以億計。因此，尋找一種低成本、高質量、超薄且具有更好抗腐蝕效果的新保護層材料具有十分重要的實用價值和經濟、環保意義。

石墨烯是一種由sp2雜化的碳原子構成的具有正六邊形晶格結構的單原子層物質。它具有高導電性、高導熱性、高機械強度、高透光性、室溫下高化學穩定性等優點。目前，利用化學氣相沉積方法，可以在單晶銅表面大規模、高效率、低成本地生長高質量的單晶石墨烯。這使得石墨烯具有作為單原子層厚度抗氧化層的巨大潛力。

此前，人們發現，盡管石墨烯保護層可以在高溫下較短時間內保護銅不被腐蝕，但在長期，受電化學腐蝕效應影響，其反而會加速腐蝕。因此，人們對石墨烯能否作為長期暴露在大氣環境下的銅制品的有效抗腐蝕保護一度報以懷疑。

發明內容

本發明首次提出一種晶面依賴的石墨烯防護金屬腐蝕的方法，將石墨烯生長在特定晶面的金屬箔片上，保護金屬箔片不被腐蝕。石墨烯是以化學氣相沉積法生長在金屬箔片上，或者通過轉移方式覆蓋到金屬箔片表面。所述金屬箔片包括銅箔，鎳箔等，優選的為銅箔。所述特定銅晶面為Cu(111)、Cu(311)等與石墨烯晶格匹配較好的所有晶面。

本發明利用常用的化學氣相沉積方法在銅箔表面生長出石墨烯，利用特殊銅晶面與石墨烯之間的強耦合作用，對銅箔進行保護。本發明提出的方法，解決了銅等金屬被氧化腐蝕浪費的問題，通過非常簡單的方法，實現了對金屬的保護。

本發明的優點在于：

1.本發明首次提出晶面依賴的石墨烯防護金屬腐蝕的方法；

2.本發明利用常用的化學氣相沉積方法在銅箔表面覆蓋上石墨烯，過程簡單，極大地降低了成本；

3.本發明可以用相同的方法保護銅箔、鎳箔等所有與石墨烯層間耦合作用較強的金屬晶面。

4.本發明方法簡單、有效，成本低，有助于金屬箔片保護的實際應用。

附圖說明

圖1(a)覆蓋有石墨烯的Cu(111)樣品自然氧化一年之后的光學圖；圖1(b)覆蓋有石墨烯的Cu(111)樣品自然氧化一年之后的拉曼結果。圖1(c)Cu(111)銅箔對應的低能電子衍射(LEED)結果。

圖2(a)為覆蓋有石墨烯的Cu(311)樣品自然氧化一年之后的光學圖；圖2(b)Cu(311) 銅箔對應的低能電子衍射(LEED)結果。

圖3(a)為覆蓋有石墨烯的Cu(100)樣品自然氧化一年之后的光學圖；圖3(b)Cu(100) 銅箔對應的低能電子衍射(LEED)結果。