[发明专利]一种晶面依赖的石墨烯防护金属腐蚀的方法

说明书

本发明提供了一种晶面依赖的石墨烯防护金属腐蚀的方法。所述方法将石墨烯利用化学气相沉积等方法覆盖在金属箔片表面，利用石墨烯的完全不可穿透性以及与金属衬底之间的相互作用，对自然氧化、热水蒸汽熏以及海水环境下的金属进行防护，保护金属不被腐蚀。本发明提出的方法，解决了金属氧化腐蚀的问题，通过非常简单的方法，实现了石墨烯对金属的防护。

技术领域

本发明涉及一种晶面依赖的石墨烯防护金属腐蚀的方法。

背景技术

铜是一种被广泛引用的有色金属材料，具有良好的导电性、导热性、延展性，且熔点较低，易于冶炼，便于大规模、低成本的工业生产加工，因此被广泛运用于电气工业、轻工业、机械制造业、建筑工业、国防工业等。在铜的应用中，一个严重的问题是铜的含氧腐蚀：当铜长期暴露于空气中时，空气中的氧气和水蒸气会与铜发生反应，生成铜的氧化物，从而极大地影响铜制品的质量，甚至直接影响铜制品的正常功能。目前，人们为了避免铜的含氧腐蚀，往往采用镀其它金属、有机物保护层、氧化物保护层等，但它们往往具有导电性、导热性较差，较厚，透光性差，保护不完全等缺陷。由于铜的应用极为广泛，每年因铜氧化腐蚀的损失数以亿计。因此，寻找一种低成本、高质量、超薄且具有更好抗腐蚀效果的新保护层材料具有十分重要的实用价值和经济、环保意义。

石墨烯是一种由sp2杂化的碳原子构成的具有正六边形晶格结构的单原子层物质。它具有高导电性、高导热性、高机械强度、高透光性、室温下高化学稳定性等优点。目前，利用化学气相沉积方法，可以在单晶铜表面大规模、高效率、低成本地生长高质量的单晶石墨烯。这使得石墨烯具有作为单原子层厚度抗氧化层的巨大潜力。

此前，人们发现，尽管石墨烯保护层可以在高温下较短时间内保护铜不被腐蚀，但在长期，受电化学腐蚀效应影响，其反而会加速腐蚀。因此，人们对石墨烯能否作为长期暴露在大气环境下的铜制品的有效抗腐蚀保护一度报以怀疑。

发明内容

本发明首次提出一种晶面依赖的石墨烯防护金属腐蚀的方法，将石墨烯生长在特定晶面的金属箔片上，保护金属箔片不被腐蚀。石墨烯是以化学气相沉积法生长在金属箔片上，或者通过转移方式覆盖到金属箔片表面。所述金属箔片包括铜箔，镍箔等，优选的为铜箔。所述特定铜晶面为Cu(111)、Cu(311)等与石墨烯晶格匹配较好的所有晶面。

本发明利用常用的化学气相沉积方法在铜箔表面生长出石墨烯，利用特殊铜晶面与石墨烯之间的强耦合作用，对铜箔进行保护。本发明提出的方法，解决了铜等金属被氧化腐蚀浪费的问题，通过非常简单的方法，实现了对金属的保护。

本发明的优点在于：

1.本发明首次提出晶面依赖的石墨烯防护金属腐蚀的方法；

2.本发明利用常用的化学气相沉积方法在铜箔表面覆盖上石墨烯，过程简单，极大地降低了成本；

3.本发明可以用相同的方法保护铜箔、镍箔等所有与石墨烯层间耦合作用较强的金属晶面。

4.本发明方法简单、有效，成本低，有助于金属箔片保护的实际应用。

附图说明

图1(a)覆盖有石墨烯的Cu(111)样品自然氧化一年之后的光学图；图1(b)覆盖有石墨烯的Cu(111)样品自然氧化一年之后的拉曼结果。图1(c)Cu(111)铜箔对应的低能电子衍射(LEED)结果。

图2(a)为覆盖有石墨烯的Cu(311)样品自然氧化一年之后的光学图；图2(b)Cu(311) 铜箔对应的低能电子衍射(LEED)结果。

图3(a)为覆盖有石墨烯的Cu(100)样品自然氧化一年之后的光学图；图3(b)Cu(100) 铜箔对应的低能电子衍射(LEED)结果。