[發明專利]一種銅基氟化石墨烯耐蝕薄膜及其原位制備方法與應用

在審

• 申請號: 201911301373.1
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN110904431A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 趙文杰;吳楊敏;王立平;劉超;方治文;薛群基
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所;山東重山光電材料股份有限公司
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/56;C23C16/02;C23F15/00
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發明公開了一種銅基氟化石墨烯耐蝕薄膜及其原位制備方法與應用。所述原位制備方法包括：提供銅基底并置于化學氣相生長設備的反應室內，再向所述反應室內通入碳源氣體和氫氣，通過化學氣相沉積法在所述銅基底表面生長形成石墨烯層；之后向所述反應室內通入氟氣和載氣，從而對所述石墨烯層進行原位氟化刻蝕處理，獲得銅基氟化石墨烯耐蝕薄膜。本發明的制備方法簡單且安全性好，同時可以通過改變反應溫度、時間、壓力等條件來調整銅基氟化石墨烯薄膜中氟元素的含量及碳?氟鍵成鍵類型。本發明的銅基氟化石墨烯耐蝕薄膜具有氟化均勻，質量高、耐蝕性能周期長等優點，同時可服役于海洋等嚴苛環境，適用于工業化推廣使用。

技術領域

本發明屬于表面防護技術領域，具體涉及一種銅基氟化石墨烯耐蝕薄膜及其原位制備方法與應用。

背景技術

石墨烯，單層厚度只有0.335nm，是一種由碳原子以sp²雜化連接形成六角形呈蜂巢晶格的平面二維納米材料，是構成其他維度同素異形體碳材料的基本單元。石墨烯具有高的比表面積、優異的化學穩定性和導電性等特點，應用范圍極其廣泛。其中，石墨烯薄膜在防腐應用范圍廣泛。

石墨烯薄膜在取得優異耐蝕性能的同時，人們也發現了一些新的問題。加州大學伯克利分校的Alex Zettl教授指出：石墨烯薄膜只能在短期內對銅起保護作用，在較長的時間后，石墨烯薄膜覆蓋銅基底的腐蝕情況甚至超過裸銅。這是因為，盡管石墨烯薄膜具有良好的物理阻隔作用，但是，其優異的導電性能能夠加速銅基底的電化學腐蝕速率，尤其是在缺陷處。然而，石墨烯薄膜在制備過程中，不可避免的會出現缺陷，會誘發石墨烯與金屬基底之間的微電偶腐蝕，并加劇金屬基底的腐蝕，這極大地限制了石墨烯薄膜的防腐應用。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種銅基氟化石墨烯耐蝕薄膜及其原位制備方法與應用，以克服現有技術的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種銅基氟化石墨烯耐蝕薄膜的原位制備方法，其包括：

提供銅基底并置于化學氣相生長設備的反應室內；

向所述反應室內通入碳源氣體和氫氣，通過化學氣相沉積法在所述銅基底表面生長形成石墨烯層；

之后向所述反應室內通入氟氣和載氣，從而對所述石墨烯層進行原位氟化刻蝕處理，獲得銅基氟化石墨烯耐蝕薄膜，其中進行氟化刻蝕處理時，反應室內的溫度為20～200℃，氟化刻蝕處理的時間為5～100min。

進一步的，將銅基底置于所述反應室內并使所述反應室升溫至600～1000℃，保持所述反應室內的壓力為50～80Pa。

本發明實施例還提供了前述方法制備的銅基氟化石墨烯耐蝕薄膜，所述銅基氟化石墨烯耐蝕薄膜中F元素含量為0-50％。

本發明實施例還提供了前銅基氟化石墨烯耐蝕薄膜于基體表面防護領域的用途。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：本發明采用氣相摻雜法在銅基石墨烯表面進行氟化處理，工藝簡單且安全性好，制備的銅基氟化石墨烯中氟元素的含量可以通過改變反應溫度、時間、壓力等條件來調整，氟化均勻，質量高；本發明的銅基氟化石墨烯耐蝕薄膜長效耐蝕性能優異，遠遠優于銅基石墨烯，有效保護周期長，可服役于海洋等嚴苛環境，有較高的應用價值，適用于工業化推廣使用。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1a-1d分別是本發明對比例1制備的銅基石墨烯薄膜、實施例1-3中制備的銅基氟化石墨烯薄膜的表面形貌圖；