“神奇材料”石墨烯真是一个“多面娇娃”，除了是目前已知的最坚硬材料外，还是目前最纤薄的涂层，保护铜、镍等金属免受腐蚀。科学家最新发现，石墨烯涂层可能是理想的抗腐蚀涂层，在玻璃防护方面，也具有独特的防护效力！

    玻璃兼具防腐和耐化学物质特性，因而在包装材料上应用于化学物质和药品防护。但是，在高湿度和PH环境条件下，韩国科学家发现，某些质地的玻璃会发生腐蚀，造成其透明性和强度降低。特别是在热带和潮湿环境条件下，传统意义上这种最普通、最古老的硅酸盐玻璃最容易被水腐蚀掉，这对于制药、环境和光学工业，后果非常严重。

    韩国科学家介绍道，“虽然玻璃的形式有很多种，但是普通的玻璃成分主要是二氧化硅（SiO2）以及少量的氧化钠（Na2O）添加剂。玻璃的腐蚀是从表面吸附水分开始的。水中的氢离子扩散到玻璃中，与玻璃表面钠离子发生离子交换，玻璃表面水分PH值升高，使得硅酸盐结构分裂”（图一：水分腐蚀玻璃原理）。

    图1 水分腐蚀玻璃原理

    科学家一直寻求在玻璃上形成保护涂层，保护其免受损伤。理想的玻璃涂层应该是纤薄、透明，同时具有优异的隔绝化学物质的特性。石墨烯是化学惰性的，薄且具有高透光率，非常有望作为涂层材料得以应用。更重要的是，归因于其优异的化学阻隔作用，它甚至可以隔绝氦原子的穿透。因此，石墨烯正被探索作为保护涂层在耐腐蚀、抗氧化、耐摩擦、抗菌和抗电磁辐射材料上加以应用。

    日前，韩国基础科学研究所（IBS）多维碳材料中心（CMCM）研究人员开发了石墨烯涂层（图二：石墨烯涂层制备及前后的变化），应用于玻璃防护，解决了玻璃杯工业界的防腐难题。

    图2  石墨烯涂层制备及前后的变化

    IBS科学家首先采用成熟的CVD法在铜基体上生长石墨烯，然后把一到两个单原子厚度的石墨烯片层转移到矩形玻璃两层。通过涂层前后水分渗透性测试表征石墨烯涂层的有效性。在60℃、120天水分渗透性测试中，研究人员发现没有涂层的玻璃表面粗糙度和缺陷增加迅速，强度也逐渐降低。相反，单层或双层石墨烯涂层的玻璃杯在断裂强度和表面粗糙度上居然没有任何变化（图三：玻璃涂层前后变化）。

    图3  玻璃涂层前后变化

    “这项研究的目的是为了验证CVD法制备的石墨烯是否可以转移到玻璃上，同时保护玻璃免受水分腐蚀。我们的研究结果表明即使单原子厚度的石墨烯也会发挥涂层保护作用，”CMCM主任，兼蔚山国家科学技术研究所（UNIST）教授Ruoff解释道，“未来，当大面积、高品质石墨烯可以工业化制备后，通过优化石墨烯转移到玻璃上工艺，我们完全有理由相信石墨烯涂层在玻璃防护方面将会有大规模地应用”。

    科学家们甚至表示，石墨烯涂层可能是最理想的抗腐蚀涂层，可以应用于很多方面，尤其是需要纤薄涂层的领域，比如用来包裹连接设备和航空航天设备以及用于移植设备中的微电子元件等。

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责任编辑：王元

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