石墨烯/“纳米存储器”复合物的电沉积构筑及其在防护涂层中的应用基础研究
批准号:
52071283
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
胡吉明
依托单位:
学科分类:
金属材料使役行为与表面工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡吉明
中文摘要
通过在石墨烯类材料表面负载“纳米存储器”材料,赋予石墨烯组分兼具“被动防护”和“主动防护”功能是石墨烯复合防护涂层未来的发展方向。项目针对现有石墨烯/“纳米存储器”复合物制备方法的不足,提出采用电化学辅助沉积技术,通过石墨烯纳米片与电极间的电化学碰撞实现电子转移,在石墨烯表面原位电沉积构建得到厚度更大进而可负载更足量缓蚀剂、结合力更高、粗糙度和多孔性更大的氧化物或其他种类(如LDH)的纳米存储器材料;并将所得石墨烯/“纳米存储器”复合物应用于防护涂层中,构建长效防护性能更加优异、能满足实际应用需求的复合涂层体系。在此基础上,研究石墨烯/“纳米存储器”复合物的电沉积调控规律和电沉积机理、对涂层防护性能的调控规律和防护机制。通过本项目的研究,开拓纳米颗粒表面电沉积的新领域,发展石墨烯表面负载纳米存储器材料的新方法,拓宽石墨烯涂层性能改进的新思路,最终推动石墨烯涂层的工业化进程。
英文摘要
Graphene coatings having both “active protection” and “passive protection” functions, provided by loading nanocontainers on graphene substrates, are future developing direction in the field of anti-corrosive coating industry. Aiming at overcoming the shortcomings of conventional preparation methods of graphene/nanocontainer composites, this project proposes to utilize electrochemically assisted technique for the fabrication of mesoporous sol-gel oxide films and other kinds of nanocontainer materials, e.g. layered double metal hydroxides (LDHs), on graphene nanosheets. Electrodeposition on graphene is a result of electrochemical collision between graphene nanosheets and electrode. According to our preliminary investigation, the as-predicted nanocomposites have a thickness of 100 nm-level, highly porous morphology and strongly adhering strength to graphene substrate. A new generation graphene coating is thus fabricated by using the as-prepared graphene/mesoporous oxide (or LDHs) nanocomposite as a new type of nanocontainers. The project will emphasize on the study of electrodeposition process and electrodeposition mechanism of graphene/nanocontainers, and the corrosion performance of new graphene coatings and their protection mechanism. The project opens a new research field of electrodeposition on graphene nanosheets, expands a new strategy for the fabrication of nanocontainer materials on graphene substrate, developing a new way to improve corrosion performance of graphene coatings, and eventually promotes the industrial progress of graphene coatings.
本项目针对石墨烯涂层仅利用石墨烯的物理阻挡作用,而没有赋予石墨烯组分额外负载缓蚀剂的能力从而缺乏“主动防护”功能的缺点,提出研究开发石墨烯/“纳米存储器”复合纳米材料,赋予石墨烯组分兼具“被动防护”和“主动防护”功能。项目取得的主要研究结果如下:(1)首次提出电沉积技术在石墨烯Gr(而非氧化石墨烯GO或还原态氧化石墨烯RGO)纳米片表面牢固沉积介孔氧化物(如SiO2)、双金属氢氧化物(LDH)、导电聚合物等“纳米存储器”材料及TiO2、Co3O4、Ni(OH)2等光活性或电活性组分,解决了在无官能团石墨烯(非含活性表面的氧化石墨烯)表面“牢固”沉积外界组分这一困扰学术界较长时间的难题;(2)提出了石墨烯纳米片在电极表面的电化学碰撞机理,在碰撞过程中电极表面的电子传输至石墨烯表面,进而实现在石墨烯表面各类复合物的阴极沉积;(3)得到了石墨烯/纳米存储器复合纳米片的生长调控规律,在此基础上优化得到了复合纳米片的沉积工艺;(4)与单纯石墨烯或单纯纳米存储器相比,石墨烯/介孔SiO2、石墨烯/LDH纳米复合物显著提升涂层的防护性能,即便涂覆微米级厚度的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)涂层,也可保护铜金属在3.5wt%NaCl溶液中浸泡180天不出锈;(5)明晰了石墨烯/纳米存储器复合物大幅提升涂层防护性能的机制:(i)石墨烯二维纳米片增强了涂层的物理屏障作用,涂层的水或氧气渗透速率大幅降低,为涂层提供“被动”防护性能;(ii)纳米存储器材料可负载足量的缓蚀剂,在涂层服役过程中发生可控释放,为涂层提供“主动”防护功能;(iii)与单纯石墨烯或纳米存储器材料相比,石墨烯/纳米存储器复合物与涂料的相容性大幅提升,其在涂层中的分散性及涂层的均一性大为改善;(iv)复合石墨烯并不掩盖纳米存储器自身的其他独特性能,如LDH的离子交换性能(捕获腐蚀介质中的Cl-离子)。
半导体 LDH 薄膜在金属防护中的应用基础研
究
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批准号:Z24E010002
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2024
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负责人:胡吉明
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依托单位:
碳钢表面硅烷化关键技术与相关基础研究
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批准号:51671174
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2016
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负责人:胡吉明
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依托单位:
利用电沉积二氧化硅薄膜构建金属表面新型、高效、绿色涂装防护体系
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批准号:51371159
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2013
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负责人:胡吉明
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依托单位:
利用SECM技术实现硅烷sol-gel组分的微区可控沉积
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批准号:21173187
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项目类别:面上项目
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资助金额:61.0万元
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批准年份:2011
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负责人:胡吉明
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依托单位:
防护性硅烷膜的电沉积制备
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批准号:50871101
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项目类别:面上项目
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资助金额:31.0万元
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批准年份:2008
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负责人:胡吉明
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依托单位:
以可水解的硅烷预聚体为缓蚀剂的自修复涂层与机制研究
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批准号:50571090
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项目类别:面上项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2005
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负责人:胡吉明
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依托单位:
有机物水溶液中DSA的耐用性与失效机制
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批准号:20473072
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项目类别:面上项目
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资助金额:23.0万元
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批准年份:2004
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负责人:胡吉明
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依托单位:
侵蚀粒子在有机涂层中传输行为与涂层金属失效机制研究
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批准号:50201015
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:8.0万元
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批准年份:2002
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负责人:胡吉明
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依托单位:
国内基金
海外基金