一种氮掺杂石墨烯@金属材料的制备方法在金属防腐领域的应用
阅读说明：本技术 一种氮掺杂石墨烯@金属材料的制备方法在金属防腐领域的应用 (Application of preparation method of nitrogen-doped graphene @ metal material in metal corrosion prevention field ) 是由 马宇飞 吴琼 于 2021-08-16 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种氮掺杂石墨烯@金属材料的制备方法在金属防腐领域的应用,所述氮掺杂石墨烯@金属材料的制备过程包括如下步骤：放置原料步骤、设定反应条件步骤、生长步骤和后处理步骤。本发明用小分子生长大面积少层氮掺杂石墨烯的氮掺杂石墨烯@金属材料制备方法通过芳香族小分子化合物提供碳源和氮源,在金属衬底上生长大面积少层氮掺杂石墨烯,生长温度为300～500℃,该温度下金属衬底的性能得以完好保全,制备的氮掺杂石墨烯以单层居多,氮掺杂石墨烯质量较高,制备的氮掺杂石墨烯@金属材料的防腐性能明显优于原始的金属材料,使用寿命延长。(The invention provides an application of a preparation method of a nitrogen-doped graphene @ metal material in the field of metal corrosion prevention, wherein the preparation process of the nitrogen-doped graphene @ metal material comprises the following steps: the method comprises the steps of raw material placing, reaction condition setting, growth and post-treatment. According to the preparation method of the nitrogen-doped graphene @ metal material with the micromolecule growing large-area few-layer nitrogen-doped graphene, the carbon source and the nitrogen source are provided through the aromatic micromolecule compound, the large-area few-layer nitrogen-doped graphene grows on the metal substrate, the growth temperature is 300-500 ℃, the performance of the metal substrate is well maintained at the temperature, the prepared nitrogen-doped graphene is more in a single layer, the quality of the nitrogen-doped graphene is higher, the corrosion resistance of the prepared nitrogen-doped graphene @ metal material is obviously superior to that of the original metal material, and the service life is prolonged.)
技术领域
本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种氮掺杂石墨烯@金属材料的制备方法在金属防腐领域的应用。
背景技术
金属腐蚀是金属与周围环境之间发生化学或电化学作用而引起的变质或破坏的现象。金属腐蚀给国民经济和社会生活造成严重的危害。材料腐蚀造成金属设备和工程结构破坏，提前退出服役，其经济损失要比材料本身费用大得多。每年由于金属腐蚀产生的直接经济损失占国民生产总值的4.2％左右，全世界每年因腐蚀而报废的金属材料约占当年金属生产量的1/10。
传统的用于金属表面处理的技术主要是铬酸盐处理和磷酸盐处理技术，毒性大、污染严重，对于人体和环境都有很大的损害。目前国内外腐蚀科学领域都在寻求环境友好、绿色环保的铬酸盐钝化处理的替代技术，其中一些具有多个羟基基团的有机聚合物制备的有机涂层备受研究人员的青睐。但是，有机聚合物表面处理技术同样存在制备过程污染大、易脱落等缺陷，最关键的是，有机聚合物表面处理技术通过涂覆技术得到的涂层相对较厚(0.5mm以上)，不适合应用于超薄金属薄片的防腐处理。
石墨烯是一种由碳原子通过sp2杂化轨道形成六角形呈蜂巢晶格结构且只有一层碳原子厚度的二维纳米材料。石墨烯的独特结构赋予其众多优异特性，如高理论比表面积(2630m2/g)、超高电子迁移率(～200000cm2/v.s)、高热导率 (5000W/m.K)、高杨氏模量(1.0TPa)和高透光率(～97.7％)等。凭其结构和性能优势，石墨烯在能源存储与转换器件、纳米电子器件、多功能传感器、柔性可穿戴电子、电磁屏蔽等领域均有巨大应用前景。石墨烯包覆的金属材料(石墨烯@金属合金) 具有更好的导电、散热能力，这一点已被证实。
传统的石墨烯@金属合金材料的制备方法为：利用化学气相沉积法在金属材料上直接生长石墨烯，化学气相沉积法是利用气体分子在基底表面反应合成新材料的一种方法，工业上和科研中，石墨烯@金属合金的制备方法一般用化学气相沉积法，利用甲烷、氢气等气体在1100摄氏度左右，在金属衬底上制备石墨烯。这种方法制备的石墨烯以单层见多，石墨烯质量较高，但是此方法对铜基材料的要求较高，对铜基材的选择性高，制备石墨烯@金属合金材料高耗能、安全性较低、成本高，另外在高温生长条件下，金属的基本性能可能改变，影响金属在其他领域的应用。发明人在本团队早先开发的专利技术(名称为：一种用小分子生长大面积少层氮掺杂石墨烯的方法，申请号为202010731926.3)基础上进一步开发出石墨烯@金属合金材料的新用途。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种氮掺杂石墨烯@金属材料的制备方法在金属防腐领域的应用，以解决现有金属防腐技术存在的高污染、毒性大、防腐涂层厚度大等缺陷，无法完美覆盖到器件的拐角、阶梯等位置，无法实现真正意义的防腐。
本发明提供了一种氮掺杂石墨烯@金属材料的制备方法在金属防腐领域的应用，所述氮掺杂石墨烯@金属材料的制备过程包括如下步骤：
放置原料：提供容置腔和生长腔，所述容置腔与生长腔相连通，在生长腔内放置金属生长衬底，在容置腔内放置生长原料；
设定反应条件：将容置腔和生长腔均抽真空至10Pa以下,再将容置腔接入保护性气体，所述保护性气体从容置腔引入且从生长腔排出，设定所述保护性气体的流量为50～400sccm，维持容置腔和生长腔内部气压为20～200Pa；
生长：调节生长腔内的温度至300～500℃，再调节容置腔内的温度至20～ 50℃，生长时间为10～200min；
后处理：生长结束后，持续通入保护性气体至生长腔内的温度降至室温，待生长腔内与外部气压平衡时取出金属生长衬底，制得氮掺杂石墨烯@金属材料；
所述生长原料为芳香族小分子化合物，且所述芳香族小分子化合物的苯环与至少一个氮原子共价连接。
本发明用小分子生长大面积少层氮掺杂石墨烯的氮掺杂石墨烯@金属材料制备方法通过芳香族小分子化合物提供碳源和氮源，在金属衬底上生长大面积少层氮掺杂石墨烯，生长温度为到300～500℃，该温度下金属衬底的性能得以完好保全，制备的氮掺杂石墨烯以单层居多，氮掺杂石墨烯质量较高、覆盖更全面。相比于传统的化学气相沉积法，本发明利用低温化学气相沉积方法，以有机小分子为原料，在铜、铝、钢、镍、银、铂等金属表面成功的制备了单层和少层的氮掺杂石墨烯薄膜，具有安全、节能、成本低等优势。本发明最大的创新点在于：1. 我们制备的氮掺杂石墨烯防腐涂层是直接生长在待保护金属表面；2.氮掺杂石墨烯涂层厚度在几纳米到几十纳米可控，此厚度不影响较薄的金属箔片的厚度，不会增加电子器件的总厚度，同时对于一些必须使用纳米尺度的金属蒸镀层的电子元器件，极薄的金属层更加容易在空气中氧化，将本项目中的氮掺杂石墨烯原位生长在此类金属层表面，能够完美的实现不增加电子元器件的尺寸的前提下，达到对易氧化的金属薄层进行保护的目的；3.本项目中的氮掺杂石墨烯可以均匀的生长在任何复杂形貌的金属器件上，没有拐角或者台阶死角(将其他防腐浆料和传统石墨烯防腐浆料涂布在三角、台阶、凹槽等等不规则表面时存在死角)。我们制备的氮掺杂石墨烯@金属材料的防腐性能明显优于原始的金属材料，阻抗实部均在351.8KΩ·cm2以上，使用寿命延长。氮掺杂石墨烯直接生长于金属材料上，无需额外的粘接剂且贴合效果更好，有效覆盖金属衬底的表面微结构，防止金属表面暴露。
优选的，所述芳香族小分子化合物的苯环与至少一个氨基共价连接。N与苯环共价连接能有效促进N掺杂和苯环碳重排生成石墨烯。
优选的，所述芳香族小分子化合物为苯胺、苯胺衍生物、苯二胺及苯二胺衍生物中的一种。苯胺、苯胺衍生物、苯二胺及苯二胺衍生物均具有较好的挥发性，且能够在较低的生长温度下促进苯环断裂、碳结构重新排列成氮掺杂石墨烯。
优选的，所述氮掺杂石墨烯@金属材料包括金属生长衬底以及生长于所述金属生长衬底上的氮掺杂石墨烯，所述氮掺杂石墨烯的层数为1～10层。本发明氮掺杂石墨烯@金属材料包括金属生长衬底以及生长于金属生长衬底上的氮掺杂石墨烯，无需借助于额外粘接材料，氮掺杂石墨烯直接生长于金属基材上并与金属基材充分接触和覆盖，氮掺杂石墨烯@金属材料一体成型，有效防止金属生长衬底暴露，提升了金属生长衬底的耐腐蚀性能，也降低了氮掺杂石墨烯@金属材料的制备成本，应用起来更方便。本发明氮掺杂石墨烯@金属材料相比于金属材料本身以及传统石墨烯防腐材料覆盖的金属材料在防腐性能上出现较大的提升，表明本改性的石墨烯可以极大的提升金属材料的耐腐蚀性能。氮掺杂石墨烯@金属材料的防腐原理基于物理屏蔽：氮掺杂石墨烯生长于金属薄片上，氮掺杂石墨烯本身具有较高的稳定性，同时所生长的氮掺杂石墨烯可以致密的覆盖金属的表面，没有宏观的缺陷，有效覆盖金属薄片以防止金属薄片暴露于空气、水或者其它化学环境中，起到隔离保护作用。
优选的，所述氮掺杂石墨烯中，含氮量为1％～25％。选择不同的氮掺杂量的氮掺杂石墨烯@金属材料，可以得到不同耐腐蚀性能的金属薄片，其散热、导电性能也不一样，满足工业上对于多种耐腐蚀金属材料的选择。
优选的，所述金属生长衬底为铜生长衬底、铝生长衬底、钢生长衬底、镍生长衬底、银生长衬底、铂生长衬底以及铜、铝、钢、镍、银、铂中的至少两种组成的合金生长衬底。选择不同的金属生长衬底制备出不同的耐腐蚀金属薄片，满足工业上对于金属韧性、柔性、导热、导电性能以及化学稳定性等多方面需求。使用传统的石墨烯防腐涂料对形状复杂的金属器件进行涂布，由于器件的结构复杂，此方法无法完美覆盖到器件的拐角、阶梯等位置，无法实现真正意义的防腐。鉴于此问题，用化学法原位生长的单层到少层的石墨烯能对各种以铜为代表的金属箔片或者复杂器件进行防腐。实现了在保持金属材料本征性质的前提下，以极低的成本，在任何厚度任何纯度，任何形貌的金属上生长了薄层氮掺杂石墨烯，有效地实现了对金属材料的防腐抗氧化的功能。
更优选的，所述金属生长衬底为超薄金属薄片，此方法制备的氮掺杂石墨烯防腐层不影响超薄金属薄片的厚度。
本发明的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。
附图说明
为更清楚地阐述本发明的内容，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
图1为氮掺杂石墨烯@铜箔与纯铜片的防腐对比结果。
具体实施方式
以下所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
本发明提供了一种氮掺杂石墨烯@金属材料的制备方法在金属防腐领域的应用，所述氮掺杂石墨烯@金属材料的制备过程包括如下步骤：
放置原料：提供容置腔和生长腔，所述容置腔与生长腔相连通，在生长腔内放置金属生长衬底，在容置腔内放置生长原料；
设定反应条件：将容置腔和生长腔均抽真空至10Pa以下,再将容置腔接入保护性气体，所述保护性气体从容置腔引入且从生长腔排出，设定所述保护性气体的流量为50～400sccm，维持容置腔和生长腔内部气压为20～200Pa；
生长：调节生长腔内的温度至300～500℃，再调节容置腔内的温度至20～ 50℃，生长时间为10～200min；
后处理：生长结束后，持续通入保护性气体至生长腔内的温度降至室温，待生长腔内与外部气压平衡时取出金属生长衬底，制得氮掺杂石墨烯@金属材料；
所述生长原料为芳香族小分子化合物，且所述芳香族小分子化合物的苯环与至少一个氮原子共价连接。
在具体的实施例中，所述金属生长衬底范围广泛，包括多种金属箔片且厚度不限，薄到几纳米的蒸镀金属涂层到数微米厚的金属箔，厚到各种尺寸和形状的金属器件，金属器件尺寸的限制取决于生长腔室的大小。
在具体的实施例中，所述芳香族小分子化合物的苯环与至少一个氨基共价连接。N与苯环共价连接能有效促进N掺杂和苯环碳重排生成石墨烯。
在具体的实施例中，所述芳香族小分子化合物为苯胺、苯胺衍生物、苯二胺及苯二胺衍生物中的一种。最优选的，所述芳香族小分子化合物为苯二胺，例如可以是邻苯二胺、间苯二胺或者对本二胺，亦或是三者中至少两种的混合物。
在具体的实施例中，所述金属衬底为铜生长衬底、铝生长衬底、钢生长衬底、镍生长衬底、银生长衬底、铂生长衬底以及铜、铝、钢、镍、银、铂中的至少两种组成的合金生长衬底。
在具体的实施例中，在设定反应条件步骤中，将容置腔和生长腔均抽真空至本底真空度达10Pa以下，例如可以是8Pa、5Pa、3Pa、1Pa，再将容置腔接入保护性气体，所述保护性气体从容置腔引入且从生长腔排出，设定所述保护性气体的流量为100～200sccm，例如可以是100sccm、120sccm、150sccm、160 sccm、180sccm、200sccm。维持容置腔和生长腔内部气压为50～80Pa，例如可以是50Pa、60Pa、70Pa、80Pa，此压强会根据所引入的气体流量的不同而变化。其中保护性气体优选为惰性气体：氮气、氩气等。最优选的，在设定反应条件步骤中，所选保护性气体为氩气。
在具体的实施例中，将容置腔和生长腔均抽真空至10Pa以下后，通入保护气体-氩气，并对腔体进行清洗，之后关断保护气体，再次抽真空，重复一次以上，以使生长腔内的气压小于10Pa。
在具体的实施例中，在生长步骤中，调节生长腔内的温度至300～500℃，例如可以是：300℃、350℃、380℃、400℃、420℃、450℃、480℃、500℃。再调节容置腔内的温度至35～50℃，例如可以是：35℃、40℃、45℃、49℃、50℃，基于不同的芳香族小分子化合物的挥发情况，可依实际反应情况适当调整容置腔温度。生长时间为30～60min，例如可以是：30min、40min、50min、60min，也可以更长时间。
在更具体的实施例中，在生长步骤中，调节生长腔内的温度至370℃，再调节容置腔内的温度至37℃，生长时间为60min。
在具体的实施例中，在后处理步骤中，生长腔内的温度降至室温后，再用氩气清洗生长腔1、2、3次，以使氩气充满生长腔。
在具体的实施例中，所述氮掺杂石墨烯@金属材料包括金属生长衬底以及生长于所述金属生长衬底上的氮掺杂石墨烯，所述氮掺杂石墨烯的层数为1～10层。更优选的，氮掺杂石墨烯的层数为1～5层。
在具体的实施例中，所述氮掺杂石墨烯中，含氮量为1％～25％。具体的，由于生长温度不同，含氮量可以是1％、2％、5％、10％、15％、20％或者25％。
以下通过具体的实施例详细阐述氮掺杂石墨烯@金属材料的制备方法及制得的氮掺杂石墨烯@金属材料。
实施例1
步骤A：在CVD管式炉的生长腔体内置入厚度为25μm的生长衬底多晶铜箔，在生长腔体的上风向位置，置入生长原料苯胺，将生长腔体连入真空体系，上风向接保护性气体气源(氩气)、下风向接真空泵。
步骤B：将生长体系抽真空到气压达到8Pa以下，设定生长温度在400摄氏度，在此温度下，大部分金属衬底都有一定的催化还原能力。在500摄氏度以下，苯胺分子的C-N键可以维持，利于氮掺杂石墨烯生长。设定氩气流量为200sccm，维持生长腔体内部气压为70Pa，在较低的压力下，原料的分子具有较自由的移动能力，利于分子重排形成氮掺杂石墨烯。
步骤C：维持生长原料苯胺的温度在48℃，以保证原料不会过度挥发，同时也能保证生长原料的充足供应，可以最大限度的利用每一个原料分子。生长时间为60分钟。
步骤D：生长结束后，待生长腔体温度降至室温，用氩气清洗生长腔体三次，关断真空泵，用氩气充满生长腔体，待腔内气压与大气压接近后，打开腔体，取出生长衬底，即获得了表面铺设有大面积少层氮掺杂石墨烯的金属材料，即本发明氮掺杂石墨烯@铜材料，含氮量约10％。
实施例2
步骤A：在CVD管式炉的生长腔体内置入厚度为0.5mm的生长衬底单晶铜，在生长腔体的上风向位置，置入生长原料甲基苯胺，将生长腔体连入真空体系，上风向接保护性气体气源(氩气)、下风向接真空泵。
步骤B：将生长体系抽真空到气压达到8Pa以下，设定生长温度在350摄氏度，在此温度下，大部分金属衬底都有一定的催化还原能力。在500摄氏度以下，甲基苯胺分子的C-N键可以维持，利于氮掺杂石墨烯生长。设定氩气流量为300sccm，维持生长腔体内部气压为100Pa，在较低的压力下，原料的分子具有较自由的移动能力，利于分子重排形成氮掺杂石墨烯。
步骤C：维持生长原料甲基苯胺的温度在40℃，以保证原料不会过度挥发，同时也能保证生长原料的充足供应，可以最大限度的利用每一个原料分子。生长时间为80分钟。
步骤D：生长结束后，待生长腔体温度降至室温，用氩气清洗生长腔体三次，关断真空泵，用氩气充满生长腔体，待腔内气压与大气压接近后，打开腔体，取出生长衬底，即获得了表面铺设有大面积少层氮掺杂石墨烯的金属材料，即本发明氮掺杂石墨烯@铜材料，含氮量约25％。
实施例3
步骤A：在CVD管式炉的生长腔体内置入厚度为100μm的生长衬底紫铜箔，在生长腔体的上风向位置，置入生长原料苯二胺，将生长腔体连入真空体系，上风向接保护性气体气源(氩气)、下风向接真空泵。
步骤B：将生长体系抽真空到气压达到8Pa以下，设定生长温度在450摄氏度，在此温度下，大部分金属衬底都有一定的催化还原能力。在500摄氏度以下，苯二胺分子的C-N键可以维持，利于氮掺杂石墨烯生长。设定氩气流量为400sccm，维持生长腔体内部气压为200Pa，在较低的压力下，原料的分子具有较自由的移动能力，利于分子重排形成氮掺杂石墨烯。
步骤C：维持生长原料甲基苯胺的温度在50℃，以保证原料不会过度挥发，同时也能保证生长原料的充足供应，可以最大限度的利用每一个原料分子。生长时间为10分钟。
步骤D：生长结束后，待生长腔体温度降至室温，用氩气清洗生长腔体三次，关断真空泵，用氩气充满生长腔体，待腔内气压与大气压接近后，打开腔体，取出生长衬底，即获得了表面铺设有大面积少层氮掺杂石墨烯的金属材料，即本发明氮掺杂石墨烯@铜材料，含氮量约15％。
实施例4
步骤A：在CVD管式炉的生长腔体内置入1.5cm*1.5cm*0.5cm的铜散热鳍片，在生长腔体的上风向位置，置入生长原料苯二胺，将生长腔体连入真空体系，上风向接保护性气体气源(氩气)、下风向接真空泵。
步骤B：将生长体系抽真空到气压达到8Pa以下，设定生长温度在500摄氏度，在此温度下，大部分金属衬底都有一定的催化还原能力。在500摄氏度以下，苯二胺分子的C-N键可以维持，利于氮掺杂石墨烯生长。设定氩气流量为200-400 sccm，维持生长腔体内部气压为80-200Pa，在较低的压力下，原料的分子具有较自由的移动能力，利于分子重排形成氮掺杂石墨烯。
步骤C：维持生长原料苯二胺的温度在25℃，以保证原料不会过度挥发，同时也能保证生长原料的充足供应，可以最大限度的利用每一个原料分子。生长时间为100分钟。
步骤D：生长结束后，待生长腔体温度降至室温，用氩气清洗生长腔体三次，关断真空泵，用氩气充满生长腔体，待腔内气压与大气压接近后，打开腔体，取出生长衬底，即获得了表面铺设有大面积少层氮掺杂石墨烯的金属材料，即本发明氮掺杂石墨烯@铜材料，含氮量约10％。
实施例5
步骤A：在CVD管式炉的生长腔体内置入厚度为100μm的生长衬底银箔，在生长腔体的上风向位置，置入生长原料苯二胺，将生长腔体连入真空体系，上风向接保护性气体气源(氮气)、下风向接真空泵。
步骤B：将生长体系抽真空到气压达到10Pa以下，设定生长温度在370摄氏度，在此温度下，大部分金属衬底都有一定的催化还原能力，促进苯环上的C-C键断裂以及碳原子重排，同时在500摄氏度以下，苯二胺分子可以维持C-N键稳定，可以得到氮掺杂石墨烯。设定氩气流量为100sccm，维持生长腔体内部气压为60Pa，在较低的压力下，原料的分子具有较自由的移动能力，利于分子重排形成氮掺杂石墨烯。
步骤C：维持原料苯二胺处于低于50摄氏度的环境下，苯二胺的饱和蒸气压温度较低(100摄氏度左右)，将原料温度控制在40℃，以保证原料不会过度挥发，同时也能保证生长原料的充足供应，可以最大限度的利用每一个原料分子。生长时间为70分钟左右。
步骤D：生长结束后，待生长腔体温度降至室温，用氩气清洗生长腔体三次，关断真空泵，用氩气充满生长腔体，待腔内气压与大气压接近后，打开腔体，取出生长衬底，即获得了表面铺设有大面积少层氮掺杂石墨烯的金属材料，即本发明氮掺杂石墨烯@银材料。该制备方法相比于现有的化学气相沉积操作简单、安全，制备出的氮掺杂石墨烯产品质量高，同时石墨烯的含氮量为25％。
实施例6
步骤A：在CVD管式炉的生长腔体内置入厚度为40μm的生长衬底多晶镍箔，在生长腔体的上风向位置，置入生长原料硝基苯，将生长腔体连入真空体系，上风向接保护性气体气源(氩气)和还原性气体(氢气)，氩气与氢气的体积之比为9:1、下风向接真空泵。
步骤B：将生长体系抽真空到气压达到10Pa以下，设定生长温度在300摄氏度，在此温度下，大部分金属衬底都有一定的催化还原能力。在500摄氏度以下，苯二胺分子的C-N键维持稳定，利于氮掺杂石墨烯生长。设定保护性气体流量为200 sccm，维持生长腔体内部气压为70Pa，在较低的压力下，原料的分子具有较自由的移动能力，利于分子重排形成氮掺杂石墨烯。
步骤C：维持生长原料苯胺温度控制在30℃，以保证原料不会过度挥发，同时也能保证生长原料的充足供应，可以最大限度的利用每一个原料分子。生长时间为60分钟。
步骤D：生长结束后，待生长腔体温度降至室温，用氩气清洗生长腔体三次，关断真空泵，用氩气充满生长腔体，待腔内气压与大气压接近后，打开腔体，取出生长衬底，即获得了表面铺设有大面积少层氮掺杂石墨烯的金属材料，即本发明氮掺杂石墨烯@镍材料，含氮量约9％。
效果实施例一：电化学阻抗测试
采用三电极体系在电化学工作站CHI660e上进行，Ag/AgCl电极作为辅助电极，铂片电极作为参比电极，实施例1中未进行氮掺杂石墨烯生长的单晶铜箔(对照组)、传统CVD法生长的石墨烯覆铜材料(石墨烯@铜)、实施例1～4制备的氮掺杂石墨烯@铜薄片分别作为工作电极，电解液是3.5wt％的氯化钠水溶液，工作电极经氯化钠溶液浸泡30min后达到环境稳定状态后进行阻抗测试，测试频率范围为10-2～10-5Hz，振幅为±5mV，扫描速率为10mV/s，测试结果如下所示，
表1.阻抗测试结果
从表1中可以看出，本发明实施例1～4制备的氮掺杂石墨烯@铜薄片的阻抗实部均在351.8KΩ·cm2以上，明显高于单晶铜箔对照组和石墨烯@铜组，而且氮掺杂石墨烯@铜薄片的阻抗实部与氮含量存在一定正相关关系。阻抗实部越大表明腐蚀速率越低，抗腐蚀性能越好，因此从上述测试数据可以得知，本发明氮掺杂石墨烯@金属材料相比于铜衬底本身及其未改性的石墨烯@铜材料具有优异的抗腐蚀性能。
效果实施例二：抗氧化性能测试
如图1所示，将纯铜片(对照组)和三组氮掺杂石墨烯@铜箔(实施例4制备的氮掺杂石墨烯@铜薄片)进行抗氧化性能测试，其中a为初始状态下对照组和试验组在室温下放置的照片；b为对照组与试验组在200℃的加热板上(暴露于空气中加热)放置10分钟后的照片；进一步加热，c为对照组与试验组在200℃的加热板上(暴露于空气中加热)放置20分钟后的照片。初始阶段，所有铜片都在室温空气环境中放置，铜片表面无肉眼可见的差别。将两组铜片放置在200℃的加热板上，在空气中加热，10分钟后，未经处理的铜片表面已经由金黄色变为紫红色，铜片被彻底氧化，而经过用氮掺杂石墨烯保护的铜片，在10分钟后，无肉眼可见的变化。当继续延长加热时间，纯铜片已经被完全氧化，无法观测出进一步的变化；而经过氮掺杂石墨烯保护的铜片才开始渐渐有被氧化的趋势。因此，我们可以证明，本案例中，用化学气相沉积法生长的氮掺杂石墨烯可以很好的保护金属衬底不受化学环境和高温环境的影响，可以提高金属的使用寿命。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：碳化硅膜的共形沉积