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给装备披上石墨烯防腐外衣

时间:2017-10-03 14:33:03  来源:  作者:

原标题:给装备披上石墨烯防腐外套

王立平研究员在实验站检查涂层防腐实验结果,并向记者先容石墨烯防腐涂料特色。 记者 佘惠敏摄

成功利用石墨烯重防腐涂料的我国海优势电场风电机组塔筒。 (资料图片)

岂论是风吹浪打的海船、跨海大桥,还是高悬太空的卫星、空间站,都很随便马虎被堕落,要让它们上天入海不惧锈蚀,就必须给它们披上防腐外套。对付任何产业资料来说,堕落都是一位静静的损坏者——每年,我国的堕落总成本达两万亿元公民币

现在,中国科学院宁波资料技能与工程研究所(下称“中科院宁波资料所”)的科学家们用掺入石墨烯的涂料,做出了世界上最好也是性价比最高的防腐外套。想看看石墨烯如何成为防腐战士吗?请跟随《经济日报》记者,到中科院宁波资料所的海洋情况资料堕落实验现场看一看吧。

凶猛的防腐战甲

目前,国内上最好的重防腐涂料耐盐雾寿命也唯一3000小时旁边,而我国自主研发的新型石墨烯改性重防腐涂料,能让这一耐受时间超过6000小时

在中科院西沙海洋科学综合实验站的小楼楼顶,竖着几排架子,每个架子上都整齐地斜铺着一片片用螺钉坚固的长方形钢铁薄片。这些薄片有的锈层颇深已看不出底色,有的锈痕斑斑,有的却锃亮如新。这便是“裸奔”的、穿普通防锈衣的、穿石墨烯防锈衣的不同钢片之间的差别。

“这是船用高强钢,这是卫星用的,这个完整锈蚀的是低碳钢……”中科院宁波资料所研究员王立平先容,这里是高盐雾情况下的暴晒实验场,样件也许有1000多个,分8大类30余种资料,涵盖了块体资料、不同薄膜资料、重防腐资料和航天航空资料。暴晒实验能够创造资料的缺点,经过过程实验反应参数给研发团队,来调度制作工艺。

“实验中明显能够看到,利用了我们石墨烯改性重防腐涂料的资料,抗锈蚀才能很强,在这种苛刻堕落情况中暴晒半年后还跟新的异常。很多没做防腐处理的型号资料,一个月就几乎全体堕落。”王立平说,热带海洋无孔不入的堕落介质(水、氯离子、氧气等)是钢铁难以抵挡的超级“杀手”,国内上最好的重防腐涂料耐盐雾寿命也基本只需3000小时旁边。而中科院宁波资料所王立平研究员、乌学东研究员和薛群基院士结合团队开辟的新型石墨烯改性重防腐涂料,拥有自主知识产权,能让钢铁资料在中性盐雾实验中的耐受时间超过6000小时。

石墨烯是已知世界上最薄的资料,只需一个原子厚,厚度相当于一根头发的20万分之一,一克石墨烯即可以够覆盖一个足球场,其强度是钢的200倍。这种资料自2004年头年代次制成后,迅速成为热点资料并得到业界认可,以致于在仅仅6年后的2010年,诺贝尔奖就发表给了石墨烯的制备者——安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫。

正是由于它的性能优良、功能众多,石墨烯被普遍利用到锂电子电池、超级电容、导电油墨、触摸屏、软性电子等领域。其中,防腐涂料正是非常有市场前景的利用领域之一。

石墨烯为什么能防腐?作为目前自然界最薄的二维纳米资料,石墨烯的隔绝与屏蔽性能非常优良。石墨烯能够或者有效阻挡水分子和氯离子的经过过程,大幅降低金属基体的堕落速度。经过过程引入石墨烯,能够或者加强涂层的附着力、耐打击等力学性能和对介质的屏蔽隔绝性能,特别是能够或者明显提高热带海洋大气情况中退役涂层的抗堕落介质渗透排泄才能。

耐心的科研团队

研制具有适用价值的高性能石墨烯改性重防腐涂料,难度非常大。60人的研发团队曩昔10年只做一件事——研发石墨烯涂料

比年来,利用石墨烯的“迷宫”隔绝效应,提高有机涂层的抗渗透排泄性和防腐性,已成为国内外防腐涂料领域的研究热点。但是,研制具有适用价值的高性能石墨烯改性重防腐涂料难度非常大,重要原因起因在于:至今尚未构成完美的涂料系统;缺乏性能全面考核和现实工况长效退役评估;缺乏详细的专用数据库和相干涂料标准;石墨烯成本绝对较高。解决这些困难,需要摸清石墨烯防腐的宏观物理化学影响机制,打破石墨烯的牢固分散、与树脂相容性、配方及配套系统优化等一系列关键技能。

中科院宁波资料一切大约60人的团队,曩昔10年只做一件事,便是研发石墨烯涂料。他们成功开辟出拥有自主知识产姑且兼具优良力学性能、长效防腐和特别功能性的8大系列石墨烯改性新型防腐涂料:为满足不同利用需要,其包含了沿海储油罐重防腐涂料、导静电防腐涂料、电网塔架防腐涂料、光伏塔架防腐涂料、耐淡水防腐涂料和航天堂防特种涂料等多种范例。

“石墨烯的实践厚度仅为0.335纳米,隔绝性能非常好,几乎能够隔绝水、氧气、钠离子等任何离子,能够在大幅降低涂膜厚度的同时,明显提高涂层的防腐寿命。”王立平说,目前,市场上重要利用的重防腐涂料是富锌底漆,锌含量在60%至80%,不只防护寿命短,且大量利用锌,浪费成本还不环保。而中科院宁波资料所研发的各种石墨烯改性重防腐涂料中,锌含量低于30%甚至更少,性能却至少提高2倍。

目前,石墨烯改性新型防腐涂料技能已经过过程当中国堕落与防护学会的鉴定,其关键技能目标“耐盐雾寿命”超过6000小时,是目前国内上最优重防腐涂料耐盐雾寿命的2倍。相干研究结果不只请求了国家创造专利78项,还请求国内专利(PCT)2项,授权美国专利1项。

王立平说:“对新资料的研究,需要积累长期实验数据。我们的海洋情况资料堕落实验最少要持续做10年,目前已在文昌实验站做了一年半,在西沙实验站做了半年,今后还将继承保持上来。”他觉得,资料锈蚀情况虽然在实验室做过加速实验,但数据未必符合其真相况,像西沙站这样暴露在其实浓盐雾情况下的检验,才能裸露出新资料的工艺能否达标,能否真能承受热带海洋情况的检验。这些其实数据的反应,能够帮助他们把石墨烯改性防腐涂料技能精益求精,得到更高的性价比。

吸金的适用技能

目前,该技能结果已实行了产业化,具丰年产万吨级的石墨烯改性重防腐涂料分娩才能,完成了石墨烯改性重防腐涂料的低成本牢固量产,市场前景非常广阔

石墨烯最后制备出来市价比黄金。随着研究深入和分娩范围提高,石墨烯的成本越来越低。目前,得益于石墨烯粉体范围化制备技能的打破,使得在产业产品中大范围增加石墨烯具有了商业可行性。

王立平说,“石墨烯以后价格跟涂料中别的原资料价格相当。加上其增加量非常少,仅在百分之一之内,故对付石墨烯涂料成本的增加其实不明显。目前国内比较好的防腐涂料1公斤30元,我们研发的石墨烯改性涂料稍高于别的普通的防腐涂料,但远低于入口重防腐涂料动辄上百元一公斤的价格。而且,就以后所做的测试结果来看,在国内外这个领域的涂料中,我们是最好的”。

目前,该技能结果已经过宁波中科银亿新资料无限公司实行了产业化,具丰年产万吨级的石墨烯改性重防腐涂料分娩才能,完成了石墨烯改性重防腐涂料的低成本牢固量产。其产品已在国家电网沿海地区和产业大气净化地区大型输电铁塔、西南地区光伏发电支架、石扮装备和航天装备等领域进入范围树模利用阶段。这也是全球首次完成石墨烯改性重防腐涂料工程化全链条,囊括资料开辟、自然情况考核、工程树模甚至大范围分娩和利用。

“资料做好了不愁钱。”王立平先容,该结果在与中科银亿实行技能转移转化时,就让实验团队得到了3000余万元的收益,这让烧钱的新资料研发和实验进入了良性循环。

那么,石墨烯防腐资料的市场究竟有多大?对新兴海洋工程、当代交通运输、动力产业、煤油产业、大型化工企业、海岛工程等领域的装备举措措施来说,堕落是其安全性和退役寿命的重要影响成分。统计表示,仅2014年,中国的堕落总成本就超过2.1万亿元公民币,约占当年GDP的3.34%。

我国拥有高达2000亿元的防腐涂料市场,其中重防腐涂料需要年均增速超过20%。曩昔,由于没有构成自主知识产权技能,缺乏相应技能标准,我国70%的重防腐涂料市场被外资品牌操纵,品质错落不齐。

重防腐涂料是减小堕落损坏、保证苛刻堕落情况下装备和举措措施可靠性和退役寿命的关键资料,其成长水平是一个国家涂料科技水平的重要标志。对中科院宁波资料所的石墨烯涂料研发团队来说,石墨烯改性重防腐涂料的研发,将在已获得的严重打破基础上,继承从基础研究和产业实行两方面深入推动,让那些处于易堕落情况中的装备举措措施,都穿上国产的石墨烯防腐外套! (经济日报·中国经济网记者 佘惠敏)

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