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氧化石墨烯的功能化改性及其在防腐涂层中的应用的开题报告
一、研究背景与意义
随着近几年全球对于能源和重工业需求的不断增长，如何保护工业产品的表面以增加其使用寿命成为了一个重要的研究问题。而防腐涂层作为最简单实用的防护方式在工业应用中得到了广泛应用。然而，传统的防腐涂层基本是依靠对环境中的溶剂、气体等进行隔绝，采用涂覆层来保护金属表面，防止其和外界接触而发生氧化、腐蚀等反应。这样的涂层存在着较大的缺陷，如涂层的耐候性、耐磨性等问题，加上其作用原理单一、操作工艺复杂、保护效果不稳定等，使得其应用受到了很大的约束。
近年来，随着纳米技术、碳材料研究等领域的不断进步，以及防腐涂料研究者对传统涂层的不断探索，出现了基于碳材料（如石墨烯）的新型防腐涂层研究。石墨烯具有很高的强度、导热性、光学透过率、顶极的机械、热性能等特殊性质，能够优异的应用于高硬度、高热稳定性、高导热性能等领域，成为科学家探寻的重点。然而，原始石墨烯存在着对于水及氧气等有害气体极易氧化、分解的问题，让其应用范围受到了限制。为了进一步扩大石墨烯的应用领域，科学家们进行了相关的研究，将石墨烯进行氧化、还原等表面改性来弥补其特殊属性的不足，以期达到提高其应用性能的目的。因此，氧化石墨烯在防腐涂层中的功能化改性具有巨大的应用前景与市场潜力，是值得深入研究的课题。
二、主要研究内容和技术路线
本论文基于氧化石墨烯在防腐涂层中应用的研究方向，主要研究内容为：1、石墨烯氧化改性方法。本文将探究传统氧化方法如Permanganicacidoxidation（PCA）、沸腾硝酸法等方法，以及近年来新出现的深度氧化体系（例如POTASSIUMPERMANGANATE体系等）的优劣点、适用范围、改性机理等；2、氧化石墨烯的表性质及其相关分析方法。将对氧化后的石墨烯进行性质、结构、表面形貌等分析，包括原子力显微镜（AFM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等多种手段展开研究；3、氧化石墨烯防腐涂层的制备方法及其防腐性能的测试。主要探究氧化石墨烯在防腐涂层中的应用实现方法，展示氧化石墨烯改性对于涂层防腐性能、硬度、耐磨性、耐化学品性等性能的影响。
技术路线如下：
1、石墨烯氧化改性
（1）合成优化条件寻找
（2）PCA氧化法锰酸盐的选择与反应温度的控制
（3）次氯酸氧化法实验条件寻找
（4）POTASSIUMPERMANGANATE体系优化筛选
（4）氧化石墨烯颗粒的合成
2、氧化石墨烯的表征
（1）AFM测试
（2）SEM表征
（3）TEM表征
（4）XRD测试石墨烯纳米片
3、防腐涂层制备及测试
（1）氧化石墨烯防腐涂层制备
（2）防腐涂层应用性能测试
（3）微观结构表征分析
（4）涂层防腐试验
三、预期研究成果和意义
本论文将基于氧化石墨烯在防腐涂层中应用的研究成果，预期通过石墨烯的氧化改性，构建出一种优于传统涂层的防腐保护涂层。这种氧化石墨烯防腐涂层具有一些独特的性能，如优秀的光学透明性、化学稳定性、极强的硬度、高导热性、高热稳定性等，这些特殊性质使得涂层的性能能够得到较大的提升，应用范围也得以大幅度扩展。
同时，本文建立了一套系统完整的氧化石墨烯防腐涂层制备技术，为工业生产实践提供了一定的依据和借鉴。涂层具有防腐能力，具有通透性、适应性、耐波动性、优异的附着力等优点，对于提高工业产品的使用寿命、节约资源、降低环境污染也具有非常重要的意义。最后，预期论文的成功实现，将推动石墨烯在防腐涂层领域的推广应用，对推动相关学科的发展以及创新、促进工业生产过程中的可持续发展等方面都有着重要的贡献。