碳纳米管/石墨烯杂化填料协同增强锌基环氧复合涂层的自修复防腐性能

本文系统研究了碳纳米管（CNT）与石墨烯（G）杂化填料对富锌环氧（Zn/EP）涂层防腐性能的协同增强机制。通过优化填料配比（0.1%G+0.4%CNT），使涂层低频阻抗模量（|Z|0.01Hz）提升达七个数量级，并首次揭示了该涂层在划痕损伤下的自修复行为，为高耐久防腐涂层设计提供了新策略。

　　

Highlight

碳纳米管（CNT）和石墨烯（G）杂化填料的协同效应显著提升了富锌环氧（Zn/EP）涂层的防腐性能。与纯Zn/EP涂层相比，添加0.4%CNT的涂层其低频阻抗模量（|Z|_0.01Hz）提高了约两个数量级。而在此基础上仅添加0.1wt%的石墨烯，竟能进一步将|Z|_0.01Hz再提升五个数量级！石墨烯和CNT的协同作用不仅最大化了涂层的耐腐蚀性，还赋予了它自修复的特性。

制备碳填料改性Zn/EP涂层

将0.04克CNT分散于由0.6克正丁醇和1.4克二甲苯组成的环氧稀释剂中，随后加入3克环氧树脂和3.5克锌片（横向尺寸：5~10微米）。将混合物剧烈搅拌2小时。最后，将1.5克聚酰胺651加入体系（其与环氧树脂的比例为1:2），并持续搅拌10分钟，得到0.4CNT/Zn/EP涂料。同时，制备了含有不同CNT含量的样品，命名为‘XCNT/Zn/EP’，其中数字‘X’代表CNT的含量。

CNT和G的表征

CNT的一维结构在图1a中清晰可见，大多数厚度约为10到20纳米。相比之下，石墨烯呈现出二维片状形态（图1b），并且倾向于相互重叠。在复合材料（0.1G-0.4CNT/Zn/EP）涂层中同时存在G和CNT，这在图1c中得到证实，由于其对环氧基质的化学惰性，一些G和CNT被拉出。可以明显看到，一些CNT随机散布在G和锌片之间。

结论

利用了由石墨烯和CNT组成的杂化填料在增强富锌涂层耐腐蚀性方面的协同效应。与纯Zn/EP相比，经最佳CNT含量（0.4%）改性的Zn/EP涂层的|Z|_0.01Hz提高了约两个数量级。通过向0.4% CNT/Zn/EP涂层中仅加入0.1 wt%的石墨烯，其|Z|_0.01Hz进一步增加了五个数量级。石墨烯和CNT对涂层防腐性能的协同效应不仅使其耐腐蚀性最大化，还赋予了其自修复特性。