探析石墨烯的表面改性及其在涂层中的应用

翁杨琳

（海南师范大学化学与化工学院 海南海口 571158）

石墨烯目前在很多领域得到了广泛应用。但是，由于受到技术方面限制，导致了石墨烯在使用的过程中，还不能完全发挥其优势作用。例如，石墨烯虽然具有优异的性能，但由于技术不完善，就直接导致了石墨烯的制作成本较高，制作难度较大，这些问题的存在，就直接影响了石墨烯在抗腐蚀领域的应用。因此，在使用石墨烯的过程中，要尽可能的确保其功能不受影响，进行科学改性，只有这样，才能真正发挥石墨烯的作用。

1 石墨烯表面进行改性的方法

对石墨烯表面进行改性之前，需要确保石墨烯保持完整性，只有这样才能更好的进行改性，充分地发挥其优异性能。只有保持石墨烯本身的完整性，石墨烯层表面才会呈惰性，因为在石墨烯层表面有着很强的范德华力，才会发生团聚现象，这因为其具有团聚现象，就直接导致了石墨烯片难以均匀分散到水或者常用的有机溶剂之中。为了充分的发挥其性能，就需要对表面层进行改性，改性的主要目的就是为了石墨烯可以很好的溶解性。目前，一般都是将其进行改性成更加容易操作的氧化石墨烯。与用传统的物理方法进行改性相比，化学方法更加的具有科学性、效果也更好。通常使用化学改性的方法有以下两种。

1.1 共价键改性

石墨烯共价键进行改性主要就是利用了GO的活性基团可以与改性剂的共价键进行连接，以此发生反应。在这个过程中，无论是石墨烯还是GO，它们的反应位点都是在双键上。通过化学方式达到对石墨烯表面进行改性的方法有以下3种。其一，亲核开环反应，它的反应位点位于GO上的环氧基团，并且还能攻击GO中的环氧氨基团，进行改性的主要内容包括各种脂族以及氨基酸等生物分子，共价键的改性对于提高石墨烯的氧化性具有重要的意义，能够有效提高石墨烯的利用率，进一步促进石墨烯下使用；其二，亲电加成反应。主要就是利用亲电试剂对石墨烯或者是GO环上的碳碳双键，这就可以达到改善其不发布不均的情况，更加有利于提高石墨烯的活性；其三就是缩合反应改性石墨烯主要就是利用GO中的含氧基团与异氰酸酯中的异氰酸根形成氨基甲酸脂键。这样就可以最大程度的促进石墨烯均匀分布，进一步的提高石墨烯的氧化效果，充分的发挥石墨烯在防腐中的作用。同时，还可以有效的提高石墨烯的机械性能、热学性能和耐化学的性能。从这我们就不难看出，通过对石墨烯的共价键进行改性，可以更好地发挥石墨烯的优异性能，可以更好地为我们生活提供更好的帮助。除此之外，石墨烯各项性能的提高，可以更好的应用到各个领域，这对于我国的经济发展有着积极的意义[1]。

1.2 非共价键改性

在对石墨烯进行改性的过程中，除了可以对共价键进行改性之外，还可以通过离子键、氢键、静电的相互作用，达到对石墨烯表面进行非共价键的的改性，从而形成一个稳定均匀分布的体系，有利于石墨烯的应用。在这个过程中，通过非共价键的修饰，会合成一种新的单层石墨烯。并且，通过非共价键的之间的相互作用，就会合成一种新的的亲水，形成自我限制的单层石墨烯。同时，由于石墨烯的外部具有相同的电负性，而静电则充分的发货了其排斥作用，这样石墨烯就可以达到长期保持单层结构对目的。除此之外，在进行改性之后，石墨烯单片层间距就会增大，但是可以保持其本身的完整性。除了这些之外，还会合成氨基或者硫磺的衍生物。以此发挥石墨烯的优势，提高防腐的能力，促进石墨烯的使用，更好地为我国经济发展做出贡献[2]。

2 石墨烯以及表层改性石墨烯在涂层中的应用

石墨烯各项优异的性能，使其在使用的过程中发挥了重要的贡献，无论是其稳定的力学性能还是电学性能以及出色的阻隔性，都引起了相关领域研究人员的关注，所以在对石墨烯进行改性之后，在涂层中得到了广泛应用。

2.1 纯石墨烯涂层

相关的石墨烯研究人员，直接利用石墨烯与氧化石墨烯的大比表面积和极高光透性，直接就将作为保护层使用，者就称之为纯石墨烯。这层涂层虽然非常薄，但是却有着非常强的抗腐蚀能力。但是，纯石墨烯在使用的过程中，也存在许多的不足之处。纯石墨烯对于金属底材附着力比较差，与有机树脂相比就显得有着很大的差距。所以，在这种情况下，石墨烯和GO一般都是将其作为改性材料，将其制成石墨烯或者是有机树脂复合涂层。这种复合涂层的性能也更加的优异，不但亲水性好，还透明防雾。如果在一般的玻璃上涂上GO涂层，那么玻璃上就无法形成水滴使玻璃的表面始终保持清晰，这就可以直接看出纯石墨烯优异的防雾功能。

2.2 石墨烯复合涂层

在很多情况下，为了有效提高聚氨酯的的耐磨性和耐腐蚀性，经常将石墨烯和GO作为润滑作用和阻隔作用。这 些对都是对石墨烯表面进行改性，以此充分发挥石墨烯复合涂层的优异性能。石墨烯和表面改性的石墨烯由于自身的表面积较大，并且，纳米尺寸也比较大，还是片状的结构，因此，石墨烯具有良好的阻隔性能，在进行涂层时，不仅可以达到形成弯曲的路径，还可以有效地减缓腐蚀的速度，延长物品的使用时间[3]。

3 小结

对石墨烯的表面进行改性之后，将其应用到涂层中具有重要的意义。并且，石墨烯表面进行改性之后，各项性能都得到了优化。但是，到目前为止由于技术以及研究力度的原因，导致了对石墨烯表面进行改性还存在许多的问题，例如高质量的石墨烯制作成本太高，无法进行批量生产，还有对石墨烯表面改性技术还不成熟，容易造成破坏。所以，在对石墨烯表面进行改性的过程中，要充分发挥其优势性能。