[发明专利]金属防护方法及应用

说明书

本发明公开一种金属防护方法，包括：提供一金属材料；及在所述金属材料表面通过等离子体增强化学气相沉积生长得到垂直石墨烯涂层。还包括公开一种包含该方法制备的结构的装置。本发明采用在金属材料表面生长垂直石墨烯涂层，由于垂直取向石墨烯涂层表面粗糙度更大，可以展现出更加优异的疏水特性，从而使得疏水的垂直石墨烯层与腐蚀液之间存有空气层，因而能够有效隔绝腐蚀介质并阻碍其进一步渗透到金属表面。垂直石墨烯涂层还可以实现金属材料在高温、腐蚀等严苛环境中的防腐，因而有望在高功率电线电缆、微电子器件、高温电磁屏蔽等领域得到应用。并且，本发明的方法，在金属材料基底制备垂直石墨烯涂层，方法简单有效，便于推广至大规模生产。

技术领域

本发明涉及石墨烯的应用领域，具体涉及石墨烯在金属防腐领域的应用。

背景技术

金属腐蚀是现代社会中一个重要的问题，广泛存在多个领域。据保守估计，每年全世界因为金属腐蚀而造成的经济损失达到数百亿美金。表面涂层法是目前最常用、最有效的金属防护方法，即通过在金属表面覆盖一层保护膜，避免金属与环境中的腐蚀介质直接接触，以此来降低金属发生化学或电化学反应的机率。传统表面防护涂层，如有机、高分子材料，其导热导电能力较差，将影响金属的本征物理性质；另外，材料的吸潮特性制约了其在潮湿环境中的防护能力。

石墨烯作为一种新型二维材料，能阻隔氧气、水分、腐蚀液等到达金属基体表面，因而展现出优异的防护性能。与传统表面涂层相比，石墨烯具有独特而优异的热学、电学及力学性能，对金属的本征物理性质不会产生负面影响，有望成为新一代最理想的金属防护材料。一直以来，人们不断致力于探究水平石墨烯对于金属的防护能力。Prasai等通过在铜箔表面生长水平石墨烯，使其在硫酸钠溶液中的电化学腐蚀速率降低约7倍(ACS Nano2012,6,1102–1108)。Roy等通过增加石墨烯畴区尺寸及层数，缓解了铜箔在200℃条件下的氧化程度(Roy,S.S.et al.Adv.Funct.Mater.2013,23,3638–3644)。

然而，一些研究报道水平石墨烯反而会加剧金属腐蚀。例如，Schriver等发现石墨烯包覆的铜箔在空气中比裸露的铜箔长期腐蚀更严重。其原因可能是：空气中的氧气、水分等物质通过石墨烯的边缘、缺陷、褶皱与破损等与金属接触，铜箔与石墨烯构成了原电池，促进了铜箔在空气中的腐蚀。因此，水平石墨烯的防护效果仍需进一步提高。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供一种金属防护方法及其应用。

本发明提供一种金属防护方法，包括：提供一金属材料；及在所述金属材料表面通过等离子体增强化学气相沉积生长得到垂直石墨烯涂层。

根据本发明的一实施方式，所述所述等离子体增强化学气相沉积的生长温度为500～800℃；升温速率为1℃/min～100℃/min；所述等离子体增强化学气相沉积的等离子体源功率为10W～500W。

根据本发明的另一实施方式，所述等离子体增强化学气相沉积的碳源气体选自甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、甲醇、乙醇中的一种或多种，所述碳源气体的流量为0.05sccm～100sccm；优选，还包括通入惰性气体或还原性气体于所述离子体增强化学气相沉积体系，所述惰性气体选自氩气和氮气中的一种或多种，所述还原性气体为氢气。

根据本发明的另一实施方式，所述等离子体源为射频、微波、直流等离子体源中的一种或其组合；所述等离子体源功率为10W～500W。

根据本发明的另一实施方式，所述金属材料的形态为块体、薄膜、箔材、纤维或泡沫。

根据本发明的另一实施方式，所述金属材料的材质为纯金属或合金。

根据本发明的另一实施方式，所述金属材料所含元素选自铝、铍、镉、钴、金、铪、铟、铱、铁、铅、钼、镍、铂、钯、铼、银、钽、钛、钨、钒、锌、锆、铋、铜、锰、镁、铬、铑、钌、铝中的一种或多种。

本发明还提供一种装置，包括上述方法制备的结构。