探析石墨烯的表面改性及其在涂層中的應(yīng)用

翁楊琳

（海南師范大學化學與化工學院 海南?？?571158）

石墨烯目前在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是，由于受到技術(shù)方面限制，導致了石墨烯在使用的過程中，還不能完全發(fā)揮其優(yōu)勢作用。例如，石墨烯雖然具有優(yōu)異的性能，但由于技術(shù)不完善，就直接導致了石墨烯的制作成本較高，制作難度較大，這些問題的存在，就直接影響了石墨烯在抗腐蝕領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，在使用石墨烯的過程中，要盡可能的確保其功能不受影響，進行科學改性，只有這樣，才能真正發(fā)揮石墨烯的作用。

1 石墨烯表面進行改性的方法

對石墨烯表面進行改性之前，需要確保石墨烯保持完整性，只有這樣才能更好的進行改性，充分地發(fā)揮其優(yōu)異性能。只有保持石墨烯本身的完整性，石墨烯層表面才會呈惰性，因為在石墨烯層表面有著很強的范德華力，才會發(fā)生團聚現(xiàn)象，這因為其具有團聚現(xiàn)象，就直接導致了石墨烯片難以均勻分散到水或者常用的有機溶劑之中。為了充分的發(fā)揮其性能，就需要對表面層進行改性，改性的主要目的就是為了石墨烯可以很好的溶解性。目前，一般都是將其進行改性成更加容易操作的氧化石墨烯。與用傳統(tǒng)的物理方法進行改性相比，化學方法更加的具有科學性、效果也更好。通常使用化學改性的方法有以下兩種。

1.1 共價鍵改性

石墨烯共價鍵進行改性主要就是利用了GO的活性基團可以與改性劑的共價鍵進行連接，以此發(fā)生反應(yīng)。在這個過程中，無論是石墨烯還是GO，它們的反應(yīng)位點都是在雙鍵上。通過化學方式達到對石墨烯表面進行改性的方法有以下3種。其一，親核開環(huán)反應(yīng)，它的反應(yīng)位點位于GO上的環(huán)氧基團，并且還能攻擊GO中的環(huán)氧氨基團，進行改性的主要內(nèi)容包括各種脂族以及氨基酸等生物分子，共價鍵的改性對于提高石墨烯的氧化性具有重要的意義，能夠有效提高石墨烯的利用率，進一步促進石墨烯下使用；其二，親電加成反應(yīng)。主要就是利用親電試劑對石墨烯或者是GO環(huán)上的碳碳雙鍵，這就可以達到改善其不發(fā)布不均的情況，更加有利于提高石墨烯的活性；其三就是縮合反應(yīng)改性石墨烯主要就是利用GO中的含氧基團與異氰酸酯中的異氰酸根形成氨基甲酸脂鍵。這樣就可以最大程度的促進石墨烯均勻分布，進一步的提高石墨烯的氧化效果，充分的發(fā)揮石墨烯在防腐中的作用。同時，還可以有效的提高石墨烯的機械性能、熱學性能和耐化學的性能。從這我們就不難看出，通過對石墨烯的共價鍵進行改性，可以更好地發(fā)揮石墨烯的優(yōu)異性能，可以更好地為我們生活提供更好的幫助。除此之外，石墨烯各項性能的提高，可以更好的應(yīng)用到各個領(lǐng)域，這對于我國的經(jīng)濟發(fā)展有著積極的意義[1]。

1.2 非共價鍵改性

在對石墨烯進行改性的過程中，除了可以對共價鍵進行改性之外，還可以通過離子鍵、氫鍵、靜電的相互作用，達到對石墨烯表面進行非共價鍵的的改性，從而形成一個穩(wěn)定均勻分布的體系，有利于石墨烯的應(yīng)用。在這個過程中，通過非共價鍵的修飾，會合成一種新的單層石墨烯。并且，通過非共價鍵的之間的相互作用，就會合成一種新的的親水，形成自我限制的單層石墨烯。同時，由于石墨烯的外部具有相同的電負性，而靜電則充分的發(fā)貨了其排斥作用，這樣石墨烯就可以達到長期保持單層結(jié)構(gòu)對目的。除此之外，在進行改性之后，石墨烯單片層間距就會增大，但是可以保持其本身的完整性。除了這些之外，還會合成氨基或者硫磺的衍生物。以此發(fā)揮石墨烯的優(yōu)勢，提高防腐的能力，促進石墨烯的使用，更好地為我國經(jīng)濟發(fā)展做出貢獻[2]。

2 石墨烯以及表層改性石墨烯在涂層中的應(yīng)用

石墨烯各項優(yōu)異的性能，使其在使用的過程中發(fā)揮了重要的貢獻，無論是其穩(wěn)定的力學性能還是電學性能以及出色的阻隔性，都引起了相關(guān)領(lǐng)域研究人員的關(guān)注，所以在對石墨烯進行改性之后，在涂層中得到了廣泛應(yīng)用。

2.1 純石墨烯涂層

相關(guān)的石墨烯研究人員，直接利用石墨烯與氧化石墨烯的大比表面積和極高光透性，直接就將作為保護層使用，者就稱之為純石墨烯。這層涂層雖然非常薄，但是卻有著非常強的抗腐蝕能力。但是，純石墨烯在使用的過程中，也存在許多的不足之處。純石墨烯對于金屬底材附著力比較差，與有機樹脂相比就顯得有著很大的差距。所以，在這種情況下，石墨烯和GO一般都是將其作為改性材料，將其制成石墨烯或者是有機樹脂復合涂層。這種復合涂層的性能也更加的優(yōu)異，不但親水性好，還透明防霧。如果在一般的玻璃上涂上GO涂層，那么玻璃上就無法形成水滴使玻璃的表面始終保持清晰，這就可以直接看出純石墨烯優(yōu)異的防霧功能。

2.2 石墨烯復合涂層

在很多情況下，為了有效提高聚氨酯的的耐磨性和耐腐蝕性，經(jīng)常將石墨烯和GO作為潤滑作用和阻隔作用。這 些對都是對石墨烯表面進行改性，以此充分發(fā)揮石墨烯復合涂層的優(yōu)異性能。石墨烯和表面改性的石墨烯由于自身的表面積較大，并且，納米尺寸也比較大，還是片狀的結(jié)構(gòu)，因此，石墨烯具有良好的阻隔性能，在進行涂層時，不僅可以達到形成彎曲的路徑，還可以有效地減緩腐蝕的速度，延長物品的使用時間[3]。

3 小結(jié)

對石墨烯的表面進行改性之后，將其應(yīng)用到涂層中具有重要的意義。并且，石墨烯表面進行改性之后，各項性能都得到了優(yōu)化。但是，到目前為止由于技術(shù)以及研究力度的原因，導致了對石墨烯表面進行改性還存在許多的問題，例如高質(zhì)量的石墨烯制作成本太高，無法進行批量生產(chǎn)，還有對石墨烯表面改性技術(shù)還不成熟，容易造成破壞。所以，在對石墨烯表面進行改性的過程中，要充分發(fā)揮其優(yōu)勢性能。