石墨烯到底能够防止还是加速铜的腐蚀？
2020-02-26 12:22:48
作者：Carbontech 来源：Carbontech
韩国中央大学(Chung-Ang University)的科学家们在Hyungbin SonKorea教授的带领下，观察到石墨烯形成一种防止铜腐蚀的杂化层的独特方式。
石墨烯到底是会促进还是防止铜的腐蚀?新的研究终于解决了争论
铜的使用面临的一个挑战在于即使在环境条件下，铜的表面也会随时间氧化，最终造成其腐蚀。因此找到一种保护铜裸露表面的方法非常有价值。保护金属表面的一种常用方法是在其上涂上防腐蚀物质。石墨烯作为抗腐蚀涂层的候选材料已被广泛研究，因为它可作为气体分子的屏障。但是，有相关研究称石墨烯片层只能在短时间内（少于24小时）保护铜免受腐蚀。令人惊讶的是在初始阶段之后，石墨烯似乎可能还会提高铜的腐蚀速率，这与它的抗腐蚀性质完全相反。
为了弄清铜中石墨烯的特殊性质，韩国研究小组研究了铜基上的石墨烯岛，分析了其腐蚀模式。Son教授解释说：“众所周知，石墨烯在机械上非常坚固，并且对所有气体（包括氢）都具有不渗透性。此前有研究声称，石墨烯由于各种缺陷而加速了铜基材的腐蚀，这些特性作为金属的氧化阻挡层受到了极大的关注，并在十多年来一直存在。然而，它们还没有在更长的时间尺度上进行定性研究。因此，我们有动机去研究石墨烯在石墨烯-铜界面上作为耐腐蚀膜的作用。” Son教授及其团队使用拉曼光谱仪，扫描电子显微镜和白光干涉仪观察了30天的铜腐蚀趋势。
研究小组检测到腐蚀首先在边缘发生，从而在边缘，晶界和原子缺失等各种缺陷处扩散了铜，氧化铜（Cu2O）的氧化形式。这导致水蒸气分裂，为氧化过程提供氧气，直到整个屏障似乎变得无用，使得下面的铜被完全腐蚀。由于石墨烯对周围水蒸气的影响，铜基板的受保护部分比未受保护的部分腐蚀更严重。随着时间的流逝，在石墨烯片下面形成的Cu2O分散了应变，并在石墨烯中引起了p掺杂，形成了杂化状结构。但是，在暴露于环境条件下13天后，研究小组发现了一些新东西。他们观察到，在新石墨烯和氧化亚铜层形成的地方，腐蚀速度明显减慢。与此同时，未受保护的铜继续以恒定的速率腐蚀，直到其渗透深度远远超过石墨烯防护层下的腐蚀。
这些发现表明，石墨烯实际上可以保护铜免受深度的穿透性氧化，这与先前的研究结论不同。Son教授解释说：“我们观察到，在更长的时间范围内（超过1年），石墨烯-Cu2O杂化结构成为抗氧化保护层。石墨烯以外的区域被CuO严重氧化，深度为270 nm 。”
Son教授总结说：“近十年来，石墨烯的抗腐蚀性能一直存在争议，许多研究表明，石墨烯会加速铜的氧化（导致其腐蚀）。我们首次证明了石墨烯-Cu2O杂化物与裸铜相比，这种结构的形成从长远来看大大降低了铜的氧化速度。”
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