干货 | 石墨烯重防腐涂料产业化研发的初步进展

　　石墨烯发展举世瞩目的原因

　　1.1　优异的性能

　　1.1.1　定义和结构

　　石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的新型单层片状结构的二维(2D) 纳米材料，是由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢状晶格的平面薄膜。

　　1.1.2 优异的性能

　　1.1.2.1 “至薄”晶体材料

　　石墨烯是世界上迄今发现的“至薄”晶体材料，石墨烯薄膜只有1个碳原子 厚度，10万层石墨烯叠加起来的厚度约为1根头发丝的直径。

　　1.1.2.2　“至坚”晶体材料

　　迄今发现的世界上力学性能最好的材料之一。表征石墨烯在外应力作用下抵 抗变形能力大小的模量可达1×1012 Pa，反映石墨烯受力时抵抗破坏能力大小的 强度约为130×109 Pa。

　　1.1.2.3　优良的热导体和电子迁移率

　　石墨烯的热导率达5 000 W/(m · K)，是良好的导热体。石墨烯独特的载 流子特性，使其电子迁移率达到2×105 cm2/(V · s)，超过硅100倍，且几乎 不随温度变化而变化。

　　1.2　广阔的市场

　　石墨烯独特的结构特点加上“极端突出”性能，从而使它的用途引起人们超 高的期望，在电子、航天、光学、储能、生物医药、防腐、阻燃、导热、日常生 活等领域有许多新的应用，对传统产业大幅促进，甚至会带来革命性或颠覆性变 化。对石墨烯市场规模的预测见图2。世界最著名管理咨询的麦卡锡公司 (McKinsey &Company)对石墨烯市场也作了预测，认为影响未来全球经济和生 活有十二大课题，先进材料是其中之一，而石墨烯属战略性先进材料，居先进材 料之首。预测石墨烯材料产业到2025年全球将会形成0.5万亿～1.0万亿美元的产 值。国内也有报道，预测到2025年国内石墨烯材料可形成万亿元的市场。

　　1.3　诺贝尔奖的激励

　　石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在。直至2004年，英国 曼彻斯特大学物理学家安德烈· 海姆和他的学生康斯坦丁· 诺沃肖洛夫，在实 验中成功地从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在。这个研究结果发表 后，引起全球物理学界、材料界高度重视，给与很高的评价，认为是了不起的成 果。两位物理学家也因“研究二维石墨烯材料的开创性实验”，获得了2010年诺 贝尔物理学奖。从发明成功只过了6年就获得了诺贝尔奖，据说这个间隔时间是 创记录得短，说明世界学术界对石墨烯高度重视，对全球各界是极大激励，石墨 烯研究热潮由此在全球突起!

　　2全球石墨烯研究进展概况

　　2.1　研究论文数量激增

　　石墨烯项目获得诺贝尔奖后，全球先后有79个国家和地区陆续开展石墨烯研 究，地区分布见图3。世界上从1991年开始有石墨烯相关的研究论文发表，在 2000年前，全球每年发表论文在100篇以下，2001年突破100篇/年，2009年增至2 232篇/年。在石墨烯问世不久，国内以北大、清华、浙大、中科院沈阳金属所和 宁波材料所等为代表的高校、科研单位开展大量石墨烯的基础研究和应用研发， 并涌现出一大批先进的研发企业，政府部门不断加大对石墨烯领域的支持，使国 内石墨烯研究迅速发展。从1991-2009年论文总数排前10位的国家中我国居第二 位(表1)。但随后3年，中国研发石墨烯速度加快，截至2012年，我国在石墨烯 研究领域的论文数达5 072篇，占全球石墨烯文献量的29.2%，超越了美国的 27.3%，居世界首位。

　　2.2　石墨烯相关专利申请数成倍增长

　　另一个反映石墨烯研究进展是专利申请数，截至2015年10月28日，世界石墨 烯相关专利申请趋势见图4;各国申请专利数排名见图5。从图5可以看出，中国 石墨烯申请专利数为13 428件，是美国申请专利数的3倍多。结合发表的论文数 分析，说明中国对石墨烯研究是走在世界前列的。

　　2.3　主要研发石墨烯国家研发与投入情况

　　石墨烯研究进展是与各国的重视程度、投入人力财力与整体科技水平有关， 主要国家对石墨烯研发投入和研发目标情况列于表2。

　　表2　主要国家对石墨烯研发项目和研发投入情况

　　从表2中看出，英国研究石墨烯水平排在最前面是毫无疑问的，比较起来， 中国起步不晚，国家比较重视;美、欧盟、日、韩均有积极表现。

　　3国内石墨烯产业化研发趋势

　　3.1　2013——中国“石墨烯年”

　　我国石墨矿储量占世界总储量的75%，产量占世界总产量的72%，这为我国石 墨烯材料研发提供了丰富的原料基础。经过近10年的发展，2013年迎来了中国石 墨烯年，这以“中国石墨烯产业技术创新战略联盟”(以下简称“联盟”)的成 立和石墨烯产能扩大为标志。

　　3.1.1　中国石墨烯产业技术创新战略联盟成立

　　由清华、中科院沈阳金属所和宁波材料所、南京科孚纳米公司、北京现代华 清材料发展中心等核心单位发起，联合国内从事石墨烯研发与产业化的26家法人 单位，根据国家科技部等六部委《关于推动产业技术创新战略联盟构建的指导意 见》(国科发政〔2008〕770号)精神，在中国产学研合作促进会的支持下，于 2013年7月14日在北京香山饭店正式成立中国石墨烯产业技术创新战略联盟，在 会上，科技部代表为联盟授牌，工信部代表为大会致贺词。标志着一个联合开发 、优势互补、利益共享、风险共担的国家级技术创新合作组织由此正式建立，将 为中国石墨烯材料研发和产业化作出贡献!

　　联盟是以企业的发展需求和各方的共同利益为基础，以提升产业技术创新能 力、推进低成本石墨烯及装备的技术进步和产业化为目标，以具有法律约束力的 契约为保障，建立知识产权等资源共享机制;建立与政府沟通的渠道及人才培养 、上下游结合、产学研结合、国际合作的平台;推动标准、评价、质量检测体系 的建立，促进成员单位的自身发展，从而达到推动石墨烯产业发展的目的。

　　联盟成立之初，发起单位共26家，很快就发展到61家，其中高校19家，科研 院所7家，企业35家，基本囊括了国内从事石墨烯研发及产业化的主流单位。

　　3.1.2　石墨烯材料产业化加速

　　3.1.2.1　石墨烯产能扩大

　　中国“石墨烯年”的另一重要标志是产业化进程大大加速。2013年4月，中 科院宁波材料所与宁波墨西科技公司签约，双方联合组建石墨烯制备与应用研发 中心，并共建石墨烯规模生产线。2013年12月20日，年产300 t的石墨烯规模生 产线在宁波慈溪的慈东滨海区正式落成投产。与此前的中试阶段相比，规模生产 线不仅成本更低，而且品质也得到了较大的提升。

　　同年12月25日，南江集团与中科院重庆绿色智能技术研究院合作的年产1 000万片大面积单层石墨烯薄膜生产线也正式启动。

　　3.1.2.2　石墨烯产业示范基地开始建设

　　石墨烯产业示范基地开始建设也是“石墨烯年”的充分标志，国家联盟和地 方政府协作，制定宁波、无锡、青岛和深圳4个石墨烯材料产业示范基地建设方 案，在报批过程中，宁波和无锡地方政府于2013年开始积极行动。

　　宁波市石墨烯产业化示范基地。宁波市设立了“石墨烯产业化应用开发”专 项资金，从2013年起，每年安排投资3 000万元，连续投入3年，用于支持“石墨 烯产业化应用开发”实施单位的技术创新、产品研发和试制推广。促进包括石墨 烯重防腐涂料在内的多项石墨烯应用技术的进步。

　　稍后(2014年3月)报道，中科院宁波材料所在实现石墨烯产业化制备的基 础上，进一步开展石墨烯/高分子复合体系相关研究，揭示石墨烯与高分子基体 之间的非共价建结合机理，由此提出非化学法改善高分子与石墨烯间界面黏结的 新方法。

　　无锡市石墨烯产业化示范基地。无锡市出台了《无锡石墨烯产业发展规划纲 要》，提出在惠山经济开发区建设无锡石墨烯产业发展核心区——“一区二中心 ”，政府先投2亿元资金，支持石墨烯产业的发展，计划用5～7年的时间，打造 国际一流、国内领先、具有鲜明特色的无锡石墨烯产业集群。在2013年12月，全 球首款双层多点石墨烯触控手机在无锡推出，从生产石墨烯粉体材料和石墨烯薄 膜的第六元素和格非电子，到生产薄膜下游产品石墨烯触摸屏的力合光电，再到 将石墨烯触摸屏集成为手机的爱维特信息，无锡已初步形成从原材料到最终产品 的产业链。

　　3.2　石墨烯材料研发的新发展规划

　　3.2.1　续写中国石墨烯年的扩展

　　国家级联盟的成立是石墨烯产业化的助推剂。江苏、浙江(均在2013年7月 )、山东(2013年12月)的省级石墨烯产业技术创新战略联盟、京津冀石墨烯产 业发展联盟(2015年12月20日)、国家石墨烯产业技术创新联盟(2016年7月30 日，成都)及其他省级与地市级战略联盟先后成立;青岛建立石墨烯产业研发中 心(2014年7月)、上海举行“石墨烯产业技术功能型平台”筹建会(2015年11 月)……“战略联盟”和中心、平台纷纷成立，显现“雨后春笋”的景象，大家 不是为了“抱团取暖”，而是“抱团攻坚”，使自己“盟内”研发水平领先国内 外，这无疑对国内石墨烯产业化领先全球是有利的。

　　预测石墨烯优异性能不仅可使传统产业提档升级，甚至会颠覆一些传统产业 ，这是吸引国内科技界、工业界高度重视并积极参与石墨烯研发的原因之一。

　　截至2015年底，据不完全统计，全国有代表性的石墨烯科研、生产单位有63 家，其中领先的石墨烯研究单位包括中科院研究所、最出名的高校和国家级实验 室共14家。领先的生产研究单位49家，分布在20多个省市、自治区，其中江苏省 排第一，有14家，其次是浙江、山东、四川、重庆、北上广深等。

　　另外，石墨烯高额利润也具有极大的吸引力。据专家指出，1 t石墨原料售 价才几千元，制成石墨烯就价值过百万元，使很多稍有规模的相关企业跃跃欲试 ，想“挤进”石墨烯研究行列。现在地方政府已非常重视石墨矿，将石墨矿权收 上去，不允许私自开采。

　　3.2.2　石墨烯材料产业“十三五”发展规划

　　为引导石墨烯产业创新发展，国家发改委、科技部、工信部三部委在2015年 11月30日专门颁发了《关于加快石墨烯产业创新发展的若干意见》，从推进产业 发展关键技术创新，推进首批次产业化应用示范，推进产业绿色、循环、低碳发 展，推进拓展应用领域及保障措施等方面提出要求。《意见》提出，到2020年， 形成完善的石墨烯产业体系，实现石墨烯材料标准化、系列化和低成本化，建立 若干具有特色的石墨烯创新平台，掌握一批核心应用技术，在多领域实现规模化 应用。

　　根据“新材料‘十三五’规划”核心要求，就是推动石墨烯产业关键技术在 “十三五”期间实现突破，并快速实现产业化。“十三五”期间，石墨烯产业将 逐步形成电动汽车锂电池用石墨烯基电极材料、海洋工程用石墨烯基防腐涂料、 柔性电子用石墨烯薄膜、光电领域用石墨烯基高性能热界面材料在内的四大产业 集群。国家给政策，设立石墨烯发展专项计划和专项基金，建立若干国家级新材 料创新中心，加快制定石墨烯新材料标准和应用标准，推进石墨烯新材料示范应 用，建立石墨烯产业基地等方面。要求到“十三五”末，上述四大产业集群有望 基本成型，电动汽车锂电池用石墨烯基电极材料产业生产规模将达到万吨级;海 洋工程用石墨烯基防腐涂料产业生产规模达到10万吨级;柔性电子用石墨烯薄膜 产业生产规模达到上亿平方米级;光电领域用石墨烯基高性能热界面材料产业生 产规模达到万吨级。此外，高性能石墨烯粉体年产量“十三五”末将达到万吨级 ，8英寸石墨烯芯片实现批量生产。全行业产业规模有望突破千亿元。

　　2016年5月19日，中共中央、国务院颁发了《国家创新驱动发展战略纲要》 ，其中提出要发挥纳米、石墨烯等技术对新材料产业发展的引领作用。

　　4开发石墨烯重防腐涂料满足海洋工程发展要求

　　4.1　海洋工程发展对防腐涂料提出新要求

　　4.1.1　漫长的海岸线是海洋工程发展的前提

　　目前，中国海岸线总计达3.32万km，其中大陆海岸线长约1.84万km，岛屿海 岸线长约1.4万km，南京以下长江岸线长约800 km。辽阔的海岸线是建设海洋大 国的基础，也是海洋工程发展的前提。

　　4.1.2　港口和海洋运输要求重防腐涂料相应发展

　　港口作为交通运输的枢纽和对外交流的窗口，在促进国际贸易和地区发展中 起着举足轻重的作用。中国港口行业的发展与国家经济发展、国家经济体制改革 密切相关，随着中国经济开放度大大提高，进出口也大幅增长。2009年，我国已 成为全球第一大出口国，出口额9 570亿美元，占当时国内GDP19.14%。对外贸易 的增长使中国已经成为世界港口强国。根据我国《交通运输“十二五”发展规划 》提出，“十二五”时期我国沿海港口规划新增深水泊位约440个，到2015年沿 海港口深水泊位数达2 214个，5年增长率达24.8%。

　　“十三五”期间，中国码头港口行业将迎来新一轮的增长态势。

　　对外贸易的迅速增长促进了船舶和集装箱业发展，对防腐涂料需要量大幅度 增加。2015年船舶涂料消费量约35万t、集装箱涂料约25万t，均在海洋环境中使 用，多属重防腐涂料，但这些涂料仍以外资涂料企业占竞争的主导地位。

　　4.1.3　海上采油与近海风电需要性能更优的重防腐涂料

　　4.1.3.1　海上采油平台

　　据国际咨询机构道格拉斯资讯公司统计，2009年海上油气产量占全球的近 1/3，预计到2015年占比可达40%。其中，浅海(水深500 m以内)油气产量在 2000年达到高峰后已开始下降。但深海(水深500 m以上)油气开发产量增长迅 猛。以石油为例，2011年深海石油产量达到4.5亿t，占当年全球石油产量的14% ，预计到2020年产量可翻番，占比将达到28%。

　　国土资源部在2014年1月7日发布的公告表示，预计2030年之前，国内石油年 产量保持在2亿t以上，峰值可达2.5亿t。我国陆地上石油产量增长趋缓，而海上 采油量是稳步增长，如果其产量要逐步达到国际平均水平，即到2020年海上石油 产量占石油总产量28%，国内海上石油产量要达到7 000万t以上。

　　海上采油需要先建设采油平台，其设施埋在水下部分要耐海水腐蚀 ，考虑水下维修困难，要求涂料耐久性特好;海平面以上的设施要防大气和盐雾 腐蚀，对涂料有特殊要求;还有一部分设施在风平浪静时露出海面，在波涛汹涌 时受冲击，并淹没在水下，这部分称为“飞溅区”，对涂料性能要求更高，既要 耐大气和耐盐雾腐蚀，还要有抗海浪冲击的强度。一般用新材料、新技术改性传 统重防腐涂料，寄希望较高的是石墨烯改性。

　　4.1.3.2　近海风力发电

　　滨海风电在国外风电中占有较大比例，我国海上风电资源储量丰富，东部沿 海特别是江苏沿海滩涂及近海具有开发风电非常好的条件，规模化开发的基本条 件已经具备。根据中国气象局风能资源详查初步成果，测得我国5～25 m水深线 以内近海区域、海平面以上50 m高度风电可装机容量约2亿kW，70 m以上可装机 容量约5亿kW。我国对近海发电建设也加快了步伐，重点开发建设上海、江苏、 河北、山东海上风电，到2015年，我国海上风电装机规模达到500万kW;到2020 年，海上风电装机将达到3 000万kW。与海上采油平台相比，它对重防腐涂料性 能要求是有过之而无不及。塔筒有水下部分、水上部分和海水飞溅部分 ，但叶片除耐大气腐蚀外，平时要抗海风甚至台风冲击，冬天还要防结冰，对防 腐涂料性能要求更高。

　　4.2　石墨烯重防腐涂料研发与应用一些进展

　　凭借各种优越性能，石墨烯在导电、防腐、阻燃、导热和高强度等涂料都有 着非常深远的应用前景，但重点是在重防腐涂料中的应用。2014年，“全面实施 重防腐战略，开展重防腐经济”，重防腐已提到国家战略层面上考虑，重防腐涂 料在重防腐战略中占有重要地位。

　　根据中科建华新材料公司的数据显示，在实验室小试条件下，石墨烯重防腐 涂料的性能比传统重防腐涂料可提高50倍。放大到工业化生产，最新的结果显示 ，相比传统重防腐涂料依然能够提高防腐性能10倍以上。因此可以相信，当大批 量、高质量、成本合适的石墨烯原料问题得到解决后，石墨烯重防腐涂料年用量 达到10万t的目标是完全可能的。

　　4.2.1　改进富锌底漆

　　环氧富锌底漆附着力优良、耐水性与防腐性好、硬度高，是重要的重防腐涂 料品种，在工业涂装中应用广泛。不足之处是锌粉用量大，按标准规定，锌粉在 涂料中含量≥70%(质量)，超高含量的锌粉，在旧漆剥落或重涂处理时有环境 污染问题。在环氧富锌涂料中添加1%的石墨烯，锌粉用量可从70%降至25%，防腐 性能还略优于传统的环氧富锌涂料，降低成本，并减少环氧底漆中超量锌粉污染 环境之虞。

　　4.2.2　石墨烯防腐防锈涂料通过工信部新产品鉴定

　　2016年3月27日，由江苏道蓬科技公司创制的石墨烯防腐防锈涂料，通过工 信部新产品鉴定。经耐盐雾试验，这一产品耐盐雾腐蚀达到3 000 h，比对照的 美国重防腐涂料多耐1 000 h。目前，石墨烯防腐防锈涂料已用于如东海上风电 场风电机组塔筒的防腐。

　　4.2.3　水性石墨烯防腐涂料

　　石墨烯水性涂料报道较多，如水性导电涂料可应用于电磁屏蔽、抗静电、防 腐、散热、耐磨及电子线路等领域;石墨烯改性丙烯酸酯聚合物水泥防水涂料， 显著增加了丙烯酸酯类聚合物乳液成膜的抗拉强度和韧性，提高了耐水性，具有 良好的耐久性、抗渗性以及物理力学性能;石墨烯/聚氨酯原位聚合的水性导电 涂料，具有防辐射、抗静电、防腐蚀、耐磨等特性，可用于高分子材料、金属材 料、纺织材料表面等方面。这些水性石墨烯涂料均已申请了专利，见参考文献。

　　最近，绵阳麦思威尔科技公司研发成功石墨烯水性防腐涂料。据介绍，该石 墨烯水性防腐涂料耐盐雾时间≥2 000 h、涂膜硬度≥4H、超耐酸碱性、超强耐 水性(耐水时间≥200 h)、超疏水性、自清洁性等技术指标国内领先。基于优 良的性能，石墨烯水性涂料可在海洋工程多方面应用。

　　4.2.4　中科院宁波材料所研发系列石墨烯重防腐涂料产品

　　为满足不同应用需求，中科院宁波材料所已经成功开发了系列石墨烯(白石 墨烯)基沿海储油罐重防腐涂料、导静电防腐涂料、电网塔架、光伏塔架防腐涂 料、耐海水防腐涂料、航天与国防用特种涂料等8大系列防腐和耐磨涂料。石墨 烯基重防腐涂料经第三方检测实验证实，耐盐雾通过5 000 h，5%H2SO4和5%NaCl 浸泡试验均通过2 000 h。

　　4.3　石墨烯基重防腐涂料进入大规模示范应用阶段

　　4.3.1　中科院宁波材料所研发的重防腐涂料推广应用的进展

　　如前所述，中科院宁波材料所研发了系列石墨烯基重防腐涂料，已实现规模 量产，并进入大规模示范应用阶段。目前正在扩充建设年产5 000 t石墨烯重防 腐涂料生产线，批量产品已在国家电网沿海地区和工业大气污染地区大型输电铁 塔、西南地区光伏发电支架、石化装备以及航天装备等领域进入规模示范应用阶 段。

　　4.3.2　近海风力发电设施重防腐涂料产业化初步实现

　　江苏1 000万km海上风电场的建设，带动海洋重防腐涂料产业化进程。由常 州第六元素材料科技公司、江苏道勃新材料公司和江苏海力风电设备科技公司共 同投资4亿元，成立江苏道蓬科技有限公司，在如东建立生产基地，一期占地面 积300亩，新建厂房，建设石墨烯重防腐涂料及配套超分散剂的生产线，批量生 产性能达到国际领先水平的石墨烯防腐涂料，完全达产后年销售量预计将可达8 亿元以上。

　　4.4　石墨烯重防腐涂料扩大应用的配套条件发展

　　4.4.1　分散剂、复合粉体和浆料开发成功

　　人工制备的石墨烯因容易再团聚，而无法充分发挥石墨烯单片层的优异特性 。中科院宁波材料所成功合成出一种石墨烯的特种分散剂，使制约石墨烯推广应 用的关键瓶颈——分散技术取得突破。据介绍，将该分散剂加入到含有石墨烯的 溶液中，通过搅拌处理就可以得到单分散的水性或溶剂型石墨烯分散液，并制备 出易于再分散的石墨烯粉体。目前，该所已将这些易于再分散的石墨烯粉体应用 于涂料领域，涂料性能显示出巨大改进。该分散技术有助于石墨烯在防腐涂料、 防静电涂料、导电油墨、透明导电膜、超级电容器、电池材料、散热材料等领域 的应用取得突破性进展。据悉，该项技术及相关产品已申请14项国家发明专利， 对石墨烯的产业化应用具有明显的推动作用。

　　在成功开发石墨烯分散剂基础上，该所和宁波墨西科技公司等合作，开发了 重防腐涂料专用石墨烯复合粉体和浆料，突破了石墨烯与其他功能微、纳米填料 的复合技术;与涂料生产企业和防腐工程施工企业合作，通过涂装体系搭配，解 决了涂料的带锈涂装重大难题和海洋环境下超耐候性等核心问题，为实现低成本 石墨烯基重防腐涂料的稳定量产提供了条件。

　　4.4.2　开始建设专用数据库和制定相关涂料标准

　　虽然近年来石墨烯基重防腐涂料受到相关行业重点攻关，但是仍未实现其大 规模实际应用。其中原因除石墨烯成本相对较高外，至今尚未形成完善的涂料体 系，缺少性能全面考核和实际工况长效服役评估，缺乏详细的专用数据库和相关 涂料标准。

　　4.4.2.1　专用数据库建设

　　中科院宁波材料所等单位承担了国家材料环境腐蚀平台专项任务，负责“石 墨烯环境腐蚀专题数据库”的建设，主要通过实验室加速破坏试验和应用示范， 积累石墨烯涂层在海洋大气环境中的实验数据和环境损伤数据，为石墨烯涂料在 相关领域的应用推广及有关产品标准制定提供科学依据和数据支持，促进我国石 墨烯表面防护新材料技术和理论的发展。

　　针对目前石墨烯基重防腐涂料体系的贮存稳定性、工程化施工的工艺性能、 涂层的稳定性等尚未进行充分工程应用验证的问题，中科院宁波材料所联合国家 电网宁波电力公司、浙江海盐供电公司在沿海大型输电塔架和变电设施上进行了 大规模示范性应用，并为石墨烯基重防腐涂料体系在“一带一路”高湿热环境下 输变电基础设施的长久安全运行积累实验数据。

　　4.4.2.2　制定相关标准

　　2013年底，中国石墨烯标准化委员会宣告成立，中国石墨烯研究及检测公共 服务平台同时启动，该服务平台主要为联盟内相关单位提供专业的石墨烯性能检 测与结构表征服务。2013年12月，中国石墨烯标准化委员会正式发布了中国石墨 烯第一号标准——石墨烯材料的名词术语与定义，并于2014年1月1日起实施。随 后制定Q/LM03CGS001—2014《化学滴定法定量分析石墨烯表面含氧官能团的含量 》和Q/LM03CGS002—2014《透射电子显微学方法判定石墨烯层数》等标准，这对推动石墨烯及其应用的产业化有重要意义。

　　4.4.3　与海洋工程密切相关的进展

　　4.4.3.1　海水淡化

　　海水淡化对海洋开发很重要。海水淡化是利用海水脱盐生产淡水，而海水淡化膜处理是一种很重要的淡化方式。清华大学和澳大利亚阿德莱德大学合作开发的石墨烯海水淡化及污水处理取得成功。目前在市场上的海水淡化膜一卷大约44 m2，价值5 000元;而同样面积的石墨烯复合膜只需要几十元，价格便宜9成。

　　据报道，石墨烯复合膜对水通过率能达普通膜的5倍，1卷石墨烯复合膜可处理海水33 t/d。该项目预计2017年进行中试，两年后量产。预测这个市场产值将超过千亿元。

　　4.4.3.2　石墨烯涂层和海绵复合物处理海面油污

　　台湾研究用石墨烯均匀涂在海绵上，制成石墨烯和海绵复合物，用于吸取原油。石墨烯加上海绵结构的孔隙，产生的毛细现象将可瞬间把油及有机溶剂吸走。一块小小的海绵可吸收本身质量90倍的原油，并可以重复使用。这项发明的重点在于环境保护，油轮等在海上倾覆和海上采油设施泄漏，在石油大规模扩散之前用石墨烯和海绵复合物迅速吸收漏油，避免污染范围扩大造成环境灾害。还可用于污水和废气处理，效果优于活性炭。

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　　石墨烯重防腐涂料优异性能相关问题

　　5.1　原料质量影响

　　石墨烯是目前自然界最薄、强度最高的材料;它非常致密，阻隔与屏蔽性能非常优异，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透;导电导热系数非常高等等，这是本文在开头的介绍，也是一般媒体所宣传的石墨烯特点。但所有这些优异性能的前提必须是结构完整的单层石墨烯，否则，石墨烯性能要打折扣。

　　5.2　石墨烯制备方法对性能和成本的影响

　　目前石墨烯的大批量制备过程中，不管是利用哪一种石墨烯的宏量制备方法(机械剥离、氧化还原、插层剥离等)，最终所得的石墨烯并不是完整的单层结构，或者说不是结构完美的石墨烯。目前工业化制备的大批量石墨烯必定是含有缺陷的，所以我们通常所谈到的石墨烯优异性能都是要打折扣的!现采用化学气相沉积法(CVD法)可以制得大面积的、结构完美的单层石墨烯，但如何将石墨烯转移或者从基底上剥离下来，需经复杂的工艺和精确的控制，否则，不可避免会造成石墨烯结构的破坏，从而石墨烯的性能也要打折扣。这种复杂的工艺和异常精确的控制技术是造成高成本的原因，制约了石墨烯应用推广，尚有许多研究工作要作，国内有关单位正在研发改进，同时也在密切关注国外这方面的进展。

　　5.3　建立质量检测与评定方法

　　在重防腐涂料中应用是石墨烯应用的四大产业群之一，涉及许多质量评定问题，首先是石墨烯的质量等级分类及检测评价方法，涂料性能要求不同对应不同等级的石墨烯，合理使用石墨烯，物尽其用，使涂料品种获得合适的性价比。石墨烯利用合适的分散剂制成粉末或浆料，便于在涂料中推广，但要有粉末和浆料的质量控制与检测、其贮存稳定性及再分散性的评价方法。

　　涂料有成膜物树脂、颜料与填料、溶剂、助剂四大类原料，重防腐涂料也不例外。石墨烯和这些原料物理共混时的相容性、分散性(包括分散后的贮存稳定性)、反应性的检测评价方法。

　　制成的石墨烯重防腐涂料一般性能检测评价，可借用传统防腐涂料的检测方法，重点是如何表征涂膜防腐性能及其耐久性。有的文献报道石墨烯重防腐涂料可以提高防腐性能多少倍，多是与传统防腐涂料样品在同样条件下进行耐盐雾等防腐蚀试验时间长短推测出的，有一定的参考价值;但根据耐盐雾时间推断其使用耐久性就缺乏说服力，也不科学。对涂料品种加速腐蚀试验结果或电化学阻抗谱测定结果，与其实用耐久性的对应关系，要有系列实验为基础才能正确推出，并且不同品种对应关系也不一样。

　　6小结和建议

　　6.1　中国对石墨烯研究走在世界前列

　　“研究二维石墨烯材料的开创性实验”获得了2010年诺贝尔物理学奖，激起全球研究石墨烯的热潮，从发表的石墨烯研究论文数、申请的专利数、石墨烯应用产业化研发进展等，中国目前走在世界前列!

　　6.2　石墨烯应用产业发展前景广阔

　　石墨烯优异性能在电子、航天、光学、储能、生物医药、防腐、阻燃、导热、日常生活等领域展示了新的应用，对传统产业会大幅提升，甚至会带来革命性或颠覆性变化。在防腐涂料中应用特别是在海洋工程重防腐涂料中应用更显优势，是石墨烯四大应用产业群之一，市场前景广阔。

　　6.3　要正确宣传石墨烯材料产业化进展

　　石墨烯应用的产业化前景诱人，但宣传有些过于乐观，给人错觉是石墨烯应用的万亿元市场很快就要到来。石墨烯质量提高与保障、成本的降低、产业化的数据库建设、质量评价方法和相应标准的制定虽已开始并有技术突破，但有些仍处在扩大试验阶段，需要改进与完善，仍需要时间和大量投入。不仅要正确宣传，在政策层面还要有正确的引导，切实排除炒作和误导。

　　6.4　建议

　　研发与生产石墨烯涂料的企业要主动参加石墨烯产业技术创新联盟，积极参与建立石墨烯重防腐涂料数据库工作;而石墨烯产业技术创新联盟要主动吸收有关涂料企业参加建设有关数据库工作。从石墨烯研发、制漆、检测和评价、施工应用、实用考察，建立系统数据库，既要有中科院等有关单位牵头，还要有更多的涂料企业参与工作，才能使重防腐涂料数据库建设更快更完善。

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