摘 要

本文是采用化学气相沉积法在钢箔表面制备石墨烯，并对石墨烯在钢材的腐蚀保护问题方面进行一定的研究。本实验主要包括控制反应时间、反应气体比例、退火速率等研究成功制备钢基石墨烯的参数设定范围，利用拉曼、扫描电镜等对制备的样品进行结构表征和形貌观察，初步判断所沉积石墨烯的质量。扫描电镜图显示，本实验成功制备出石墨烯也同时在基底表面生成了碳纳米管。

并对不同参数下制备的样品进行EIS和动极化电流测试，研究不同参数下制备的石墨烯沉积层对钢箔防腐能力改善的程度。发现在一定限度内，增大碳源甲烷的比例或者增加反应时间都可明显提高钢箔的抗腐蚀能力。最后又对腐蚀前后材料表面的形貌在金相显微镜下进行对比分析，发现石墨烯沉积层的存在可显著改善腐蚀环境下铜箔的表面腐蚀损伤，提高其抵抗腐蚀能力。

关键词：石墨烯；钢箔；防腐；化学气相沉积法

Abstract

In this paper, we deposit graphene on the surface of steel foil by chemical vapor deposition, and at the same time I make some research on the corrosion protection of graphene in steel.Mainly includes the control of reaction time, reaction rate of gas, annealing the successful preparation of steel cornerstone ink on the parameters set range, using Raman and scanning electron microscopy (SEM) on the preparation of samples for structural characterization and morphology observation, preliminary judging the quality of the sedimentary graphene.The scanning electron micrograph shows that the experiment successfully prepared graphene and also produced carbon nanotubes on the substrate surface.

And preparation of samples under different parameters with the EIS and polarization current test, to study the preparation of graphene under different parameters of sediments in the improvement of steel foil anticorrosive ability.It is found that increasing the proportion of carbon methane and increasing the reaction time can significantly improve the anti-corrosion ability of the foil.Finally have the before and after the corrosion of the surface morphology of the contrast analysis is carried out under the metallurgical microscope, found that the existence of sedimentary graphene can significantly improve the corrosion damage of steel on the surface of the foil.

Key words: graphene； steel； anticorrosion； chemical vapor deposition method 

目录

摘要 I

Abstract II

第1章绪论 1

1.1引言 1

1.2石墨烯的概述 1

1.2.1石墨烯的制备方法概况 2

1.2.2化学气相沉积制备石墨烯原理 3

1.3钢基石墨烯的研究现状 3

1.4石墨烯防腐领域的研究现状 4

1.5本研究课题的意义及内容 5

1.5.1课题研究目的及意义 5

1.5.2本课题研究内容 6

第2章 CVD法制备钢基石墨烯 7

2.1引言 7

2.2化学气相沉积法制备钢基石墨烯 7

2.2.1主要实验设备、实验原材料 7

主要试验设备 7

主要实验原材料： 8

2.2.2基底的处理 8

2.2.3钢基石墨烯的制备 9

2.2.4生长参数对制备石墨烯的影响 10

2.3石墨烯的结构表征 11

2.3.1拉曼光谱 11

2.3.2场发射扫描电镜 13

2.4本章小结 14

第3章 钢基石墨烯的耐腐蚀性能测试 15

3.1引言 15

3.2电化学测试 15

3.2.1电化学交流阻抗测试 15

3.2.2极化曲线 18

3.3腐蚀形貌分析 20

3.4本章小结 21

第4章 总结与展望 22

4.1全文总结 22

4.2展望 22

致谢 24

参考文献 25

第1章绪论

1.1引言

接地网，旨在维护电路的安全运行，主要有工作接地、保护接地、屏蔽接地和防雷接地四种类型。

钢铁是铁材料中的一种，由于其具有较好的物理、化学和力学性能，再加上含量丰富，生产的价格比较低廉，所以钢材在接地网的使用中也发挥了重大的作用。但是钢材运用在用作接地网材料也有很明显的缺陷，因为长期埋于潮湿土壤中的钢铁材料容易被土壤中的电解质和微生物所腐蚀。腐蚀不仅会导致整体材料因局部应力集中所造成的力学性能的下降，而且腐蚀产物使钢材的表面接触电阻增大至几百欧姆至几千欧姆，使地线泄放危险电流的能力大幅降低。目前应用较多的镀锌钢虽能够保持一定的使用年限，但是，许多钢铁公司预计20至25年锌的严重短缺，导致大量研究工作致力于减轻对该材料的依赖。

根据调查显示，世界上每年因金属的腐蚀报废的设备占总产量的30%，除去回收部分之外，还有10%的钢铁彻底报废。而且，每年国家都需投入大量的人力物力财力进行钢铁构件的防锈、维修和更换工作。所以钢材的防腐工作已经成为一个亟待解决的问题。

1.2石墨烯的概述

2004年，英国曼彻斯特大学的Geim 教授和同事们通过机械剥离高定向热解石墨（HOPG）的方法首次成功制备了石墨烯[^[1]]。石墨烯是一种理想的二维晶体，它是由碳六元环组成的二维蜂窝状点阵结构的碳材料，具有优良的导电性、导热性、耐腐蚀性以及疏水性等。石墨烯诸多优异的性能取决于其特殊的结构。石墨烯由每个碳原子经sp2杂化形成的正六边形结构，每个碳原子与其它3个相邻的碳原子形成共价键，剩余１个ｐ轨道电子形成π键，π电子可以自由移动，是一种典型的二维材料[^[2]]。

石墨烯具有优异的导电性，常温下其电子迁移率为0.2×10⁶ cm2/(V•s)(硅的100倍)，理论值为10⁶ cm2/(V•s)，而电阻率只约10^-6 Ω•cm，为世界上迄今为止电阻率最小的材料[^[3]]；其次，石墨烯稳定的sp2杂化结构使其能在金属与活性介质间形成物理阻隔层，阻止扩散渗透的进行，可显著地提高金属抵抗液体侵蚀能力[^[4]]；另外，石墨烯是通过C-C单键连接，键长短，键能高，不容易被破坏，因此具有很好的热稳定性和化学稳定性，不论是在高温条件下（可高达1500℃），还是在具有腐蚀或氧化性的气体、液体环境中均能保持稳定，有效的保护金属；石墨烯还是目前为止最薄的材料（厚度为0.335nm）。同时还兼具有高的强度和良好的耐摩擦性，不仅能提高复合材料的导电性或耐腐蚀性能，还能进一步降低涂层厚度，增加对基底的附着力，同时提升涂料的耐磨性[⁴]。