具有优异抗腐蚀性能的新型非晶碳氮薄膜

纳米碳薄膜材料由于具有密度低、材料来源广等特点,在可持续发展日益受到重视的今天,越来越受到人们的广泛关注。抗腐蚀是薄膜材料的重要应用方向之一,石墨烯作为一种典型的二维纳米碳薄膜材料,自2012年开始便有文献报道将其用于腐蚀防护。然而,最新研究表明,尽管石墨烯薄膜具有强度高、透光性好等优势,但由于石墨烯会加剧金属表面的伽尔伐尼电池效应造成的电化腐蚀,不仅使其防腐效果的长期稳定性变差,甚至会起到相反的作用,大大限制了其在腐蚀防护方面的应用。清华大学材料学院朱宏伟课题组针对这一问题,经过大量的实验工作,发现采用三乙胺为碳源制备的非晶碳氮薄膜既可以保留石墨烯透光性高、密度低、导电性好的优势,又可以有效减弱金属表面的电化腐蚀,使薄膜的防腐蚀效果显著提高

非晶碳氮薄膜采用化学气相沉积法制备,将薄膜原位生长在铜基底上,通过调节反应时间,可调控薄膜厚度。薄膜耐腐蚀效果随厚度的增加而提升,覆有10 nm左右非晶碳氮薄膜的铜箔(25 μm)在1 mol/L的氯化铁中的腐蚀时间可达28小时以上,是同等厚度石墨烯薄膜的40倍,而裸露的铜箔则会在数秒内迅速被腐蚀完全。将覆有相似厚度非晶碳氮薄膜、石墨烯和裸露的铜箔置于0.5 mol/L的硝酸银溶液中40 s后,也可以明显观察到三者的区别,裸露的铜箔表面被严重腐蚀,石墨烯保护的铜箔次之,而非晶碳氮薄膜保护的铜箔只有少量区域被腐蚀。这说明非晶碳氮薄膜具有很好的耐腐蚀作用。

该工作针对石墨烯在防腐应用中的问题提出了一种新型替代材料,并有望促进纳米碳材料在腐蚀防护领域中的进一步应用。