“神奇材料”石墨烯真是一個“多面嬌娃”，除了是目前已知的最堅硬材料外，還是目前最纖薄的涂層，保護銅、鎳等金屬免受腐蝕。科學家最新發現，石墨烯涂層可能是理想的抗腐蝕涂層，在玻璃防護方面，也具有獨特的防護效力！

    玻璃兼具防腐和耐化學物質特性，因而在包裝材料上應用于化學物質和藥品防護。但是，在高濕度和PH環境條件下，韓國科學家發現，某些質地的玻璃會發生腐蝕，造成其透明性和強度降低。特別是在熱帶和潮濕環境條件下，傳統意義上這種最普通、最古老的硅酸鹽玻璃最容易被水腐蝕掉，這對于制藥、環境和光學工業，后果非常嚴重。

    韓國科學家介紹道，“雖然玻璃的形式有很多種，但是普通的玻璃成分主要是二氧化硅（SiO2）以及少量的氧化鈉（Na2O）添加劑。玻璃的腐蝕是從表面吸附水分開始的。水中的氫離子擴散到玻璃中，與玻璃表面鈉離子發生離子交換，玻璃表面水分PH值升高，使得硅酸鹽結構分裂”（圖一：水分腐蝕玻璃原理）。

    圖1 水分腐蝕玻璃原理

    科學家一直尋求在玻璃上形成保護涂層，保護其免受損傷。理想的玻璃涂層應該是纖薄、透明，同時具有優異的隔絕化學物質的特性。石墨烯是化學惰性的，薄且具有高透光率，非常有望作為涂層材料得以應用。更重要的是，歸因于其優異的化學阻隔作用，它甚至可以隔絕氦原子的穿透。因此，石墨烯正被探索作為保護涂層在耐腐蝕、抗氧化、耐摩擦、抗菌和抗電磁輻射材料上加以應用。

    日前，韓國基礎科學研究所（IBS）多維碳材料中心（CMCM）研究人員開發了石墨烯涂層（圖二：石墨烯涂層制備及前后的變化），應用于玻璃防護，解決了玻璃杯工業界的防腐難題。

    圖2  石墨烯涂層制備及前后的變化

    IBS科學家首先采用成熟的CVD法在銅基體上生長石墨烯，然后把一到兩個單原子厚度的石墨烯片層轉移到矩形玻璃兩層。通過涂層前后水分滲透性測試表征石墨烯涂層的有效性。在60℃、120天水分滲透性測試中，研究人員發現沒有涂層的玻璃表面粗糙度和缺陷增加迅速，強度也逐漸降低。相反，單層或雙層石墨烯涂層的玻璃杯在斷裂強度和表面粗糙度上居然沒有任何變化（圖三：玻璃涂層前后變化）。

    圖3  玻璃涂層前后變化

    “這項研究的目的是為了驗證CVD法制備的石墨烯是否可以轉移到玻璃上，同時保護玻璃免受水分腐蝕。我們的研究結果表明即使單原子厚度的石墨烯也會發揮涂層保護作用，”CMCM主任，兼蔚山國家科學技術研究所（UNIST）教授Ruoff解釋道，“未來，當大面積、高品質石墨烯可以工業化制備后，通過優化石墨烯轉移到玻璃上工藝，我們完全有理由相信石墨烯涂層在玻璃防護方面將會有大規模地應用”。

    科學家們甚至表示，石墨烯涂層可能是最理想的抗腐蝕涂層，可以應用于很多方面，尤其是需要纖薄涂層的領域，比如用來包裹連接設備和航空航天設備以及用于移植設備中的微電子元件等。

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責任編輯：王元

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