[发明专利]一种铜基氟化石墨烯耐蚀薄膜及其原位制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种铜基氟化石墨烯耐蚀薄膜及其原位制备方法与应用。所述原位制备方法包括：提供铜基底并置于化学气相生长设备的反应室内，再向所述反应室内通入碳源气体和氢气，通过化学气相沉积法在所述铜基底表面生长形成石墨烯层；之后向所述反应室内通入氟气和载气，从而对所述石墨烯层进行原位氟化刻蚀处理，获得铜基氟化石墨烯耐蚀薄膜。本发明的制备方法简单且安全性好，同时可以通过改变反应温度、时间、压力等条件来调整铜基氟化石墨烯薄膜中氟元素的含量及碳‑氟键成键类型。本发明的铜基氟化石墨烯耐蚀薄膜具有氟化均匀，质量高、耐蚀性能周期长等优点，同时可服役于海洋等严苛环境，适用于工业化推广使用。

技术领域

本发明属于表面防护技术领域，具体涉及一种铜基氟化石墨烯耐蚀薄膜及其原位制备方法与应用。

背景技术

石墨烯，单层厚度只有0.335nm，是一种由碳原子以sp²杂化连接形成六角形呈蜂巢晶格的平面二维纳米材料，是构成其他维度同素异形体碳材料的基本单元。石墨烯具有高的比表面积、优异的化学稳定性和导电性等特点，应用范围极其广泛。其中，石墨烯薄膜在防腐应用范围广泛。

石墨烯薄膜在取得优异耐蚀性能的同时，人们也发现了一些新的问题。加州大学伯克利分校的Alex Zettl教授指出：石墨烯薄膜只能在短期内对铜起保护作用，在较长的时间后，石墨烯薄膜覆盖铜基底的腐蚀情况甚至超过裸铜。这是因为，尽管石墨烯薄膜具有良好的物理阻隔作用，但是，其优异的导电性能能够加速铜基底的电化学腐蚀速率，尤其是在缺陷处。然而，石墨烯薄膜在制备过程中，不可避免的会出现缺陷，会诱发石墨烯与金属基底之间的微电偶腐蚀，并加剧金属基底的腐蚀，这极大地限制了石墨烯薄膜的防腐应用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种铜基氟化石墨烯耐蚀薄膜及其原位制备方法与应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种铜基氟化石墨烯耐蚀薄膜的原位制备方法，其包括：

提供铜基底并置于化学气相生长设备的反应室内；

向所述反应室内通入碳源气体和氢气，通过化学气相沉积法在所述铜基底表面生长形成石墨烯层；

之后向所述反应室内通入氟气和载气，从而对所述石墨烯层进行原位氟化刻蚀处理，获得铜基氟化石墨烯耐蚀薄膜，其中进行氟化刻蚀处理时，反应室内的温度为20～200℃，氟化刻蚀处理的时间为5～100min。

进一步的，将铜基底置于所述反应室内并使所述反应室升温至600～1000℃，保持所述反应室内的压力为50～80Pa。

本发明实施例还提供了前述方法制备的铜基氟化石墨烯耐蚀薄膜，所述铜基氟化石墨烯耐蚀薄膜中F元素含量为0-50％。

本发明实施例还提供了前铜基氟化石墨烯耐蚀薄膜于基体表面防护领域的用途。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明采用气相掺杂法在铜基石墨烯表面进行氟化处理，工艺简单且安全性好，制备的铜基氟化石墨烯中氟元素的含量可以通过改变反应温度、时间、压力等条件来调整，氟化均匀，质量高；本发明的铜基氟化石墨烯耐蚀薄膜长效耐蚀性能优异，远远优于铜基石墨烯，有效保护周期长，可服役于海洋等严苛环境，有较高的应用价值，适用于工业化推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a-1d分别是本发明对比例1制备的铜基石墨烯薄膜、实施例1-3中制备的铜基氟化石墨烯薄膜的表面形貌图；