一种潜在的二维防腐涂层—

一种潜在的二维防腐涂层——单层硼

2017-03-02 11:28:37 作者：cynthia 来源：腐蚀与防护分享至：

目前，一个由科学家和工程师组成的跨学科研究组已经成功地合成了单层状的六角氮化硼（hBN），该材料展现出了优秀的耐蚀性，因此未来有望被作为原子级薄的、防腐涂层材料。

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氮化硼有多种结构形式，其中六角氮化硼是sp2杂交二维片状结构，其结构类似于石墨烯，为凯库勒型硼和氮原子交替共价键结合结构（六角形排列）。

六角氮化硼是一种高频带、高热稳定性、高化学稳定性和有应用价值的材料，常用作碳类（如石墨烯）等高导材料周围的介质（绝缘）材料。它可以承受高达3000°C的温度，而后才融化。

研究发现六角氮化硼不能透过氧气和水，甚至是在高温和纯氧氛围。不仅如此，六角氮化硼作为涂层材料可以增加开路电位以及抑制涂有该涂层的铜材料的氧化。

事实上，二维材料用于材料的保护屏障并不止这一个例子。如我们大家最喜欢的单层石墨烯，它就常被用于电化学中防水和防腐蚀。然而，石墨烯在本质上可以说是一种准金属，所以长期使用的话它的保护性是有限的。而六角氮化硼就不同了，它具有抑制电子转移的绝缘特性，而电子转移是发生腐蚀的基础，因此限制了电子转移的同时腐蚀就难以发生了，故六角氮化硼是有望用于材料的长期保护的。

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类似于石墨烯，氮化硼层是在较低的压力、高温下，由化学气相沉积（CVD）合成。实际上，单层膜的厚度是均一的，最大厚度只有0.45 nm，因此这种材料可以形成一个原子级薄的涂层。

研究人员通过循环伏安法扫描发现，阴极和阳极电流都无法穿透该涂层，电流被削弱了近三个数量级。

六角氮化硼作为涂层应用，也存在一些潜在的限制。许多涂料由于其层与层之间存在很强的相互作用可以多次应用，而这对hBN是不可能实现的。hBN材料中，同一层的分子内作用力是非常强大的，但层与层之间只存在非常弱的分子间作用力，如范德华力和诱导偶极力。

作为大家的共识，多层hBN可以作为幻灯片的润滑剂——类似于石墨烯和石墨的作用。在液态状态下的涂层不能对金属提供足够的保护，因为水分子可以直接渗透到金属层之上。这就使得多层保护失去了意义，同时会导致涂层上水的积累，最终产生水分子的渗透。

此外，hBN单层涂层化学性很强，可以很容易地防止氧气和水分。单层就像一件外套一样，有效地充当了保护的角色。

相较之裸铜，表面涂有一层hBN的铜的腐蚀量非常低，相差可达一个数量级。经测试，这比我们之前的石墨烯和其他防腐涂层都有效。

但与此同时，hBN要想作为商业用的原子级薄、防腐涂料还需要做很多工作。这个新奇的发现还处于起步阶段，对于它的原子级薄、可防止铜（和潜在的其他金属）腐蚀的特性，其长期的、巨大的潜力还有待于我们进一步挖掘。

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