激光原位自修复石墨烯技术，用于金属的长期保护

《Surfaces and Interfaces》：Laser in-situ self-repairing of graphene for long-term protection of metals

　　

叶晓辉|李彤|刘银娟|卜德晓|李玉荣|杜泽豪

摘要

金属材料在服役过程中不可避免地会受到损伤，例如腐蚀、氧化以及与外部环境发生往复运动的机械部件之间的磨损。而石墨烯作为最薄的保护涂层，表现出优异的表面性能。在本文中，我们利用激光实现了石墨烯的原位自修复，以实现对金属的长期保护。首先使用高功率连续波激光进行石墨烯的生长，并将碳源植入到距离表面2500微米的深度。随后，针对由腐蚀和磨损等恶劣条件引起的损伤进行了研磨和抛光处理。当石墨烯被破坏后，我们使用纳秒（ns）激光来修复受损区域。实验结果表明，由于激光诱导的肖特基缺陷迁移作用，碳源能够沉积在表面并形成新的石墨烯薄膜。我们还发现石墨烯的再生极限为5次，即石墨烯可以在遭受5次损伤后重新生长。再生后的石墨烯性能依然非常优异。自修复石墨烯涂层在氧化前后的重量损失率均低于0.3%，其平均摩擦系数最低可达0.1342——大约是纯镍的五分之一。这项工作为金属的长期保护提供了一种新的方法。