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不锈钢表面电沉积制备氧化石墨烯膜层【摘要】在304不锈钢表面通过电沉积方法在不同电压下制备了氧化石墨烯膜层选用电化学测试方法测试所沉积的膜层在3.5%氯化钠模拟海水中的抗腐蚀性能结果表明沉积电压为4V时沉积的氧化石墨烯膜层具有最好的抗腐蚀性能。通过扫描电镜发现所沉积的氧化石墨烯膜层均匀致密且有层层的褶皱出现。【关键词】不锈钢；电沉积；氧化石墨烯0前言石墨烯为目前已知的最薄二维晶体结构独特的结构使其具有大量的优异性能由于机械性能强表面积大化学稳定性高热力学稳定等优良特性在传感器超级电容器燃料电池耐蚀涂层等领域引起了人们的广泛关注。石墨烯能够有效阻止腐蚀液的渗透并且可以对基体形成完整的覆盖所以石墨烯被称谓理想的耐蚀涂层[1]。WentingHe等人在NdFeB表面用电沉积方法制备了氧化石墨烯涂层对NdFeB的腐蚀起到了很好的抑制作用[2]N.T.Kirkland等人在铜和镍表面化学气相沉积了石墨烯涂层减慢了镍的阳极氧化反应也减慢了铜的阴极还原反应[3]Jow-LayHuang等人在镍表面化学气相沉积了石墨烯涂层有效的阻止了镍在空气中的腐蚀[4]。由于石墨烯的不渗透性阻止了氧气和水的扩散在短时间内对基体均起到了一定的保护效果。本文利用电沉积方法在不锈钢基体表面沉积氧化石墨烯膜层通过电化学测试测试其防腐蚀性能并通过扫描电镜观察其表面形貌。1实验过程将304不锈钢板材切割成10mm×10mm×2mm的试样进行打磨抛光分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗5分钟。氮气吹干后用电烙铁焊在长约15cm的铜导线上。所用氧化石墨烯由改进的Hummers方法制备。取适量氧化石墨烯加入到一定量去离子水中并进行超声分散得到氧化石墨烯溶液待用。以预处理后的304不锈钢为正极铂电极为对负极在上述配置溶液中进行沉积成膜300秒取出后吹干并进行固化不锈钢表面即沉积得到氧化石墨烯膜层。2表征测试以不锈钢试样为工作电极饱和甘汞电极为参比电极铂电极为对电极组成三电极体系利用Autolab电化学工作站对试样在质量分数为3.5%的NaCl溶液中进行电化学阻抗和动电位极化测试。选用S-4800场发射扫描电镜对膜层进行扫描并对形貌进行分析。3结果分析3.1电化学阻抗分析图1-a为Nyquist图谱其中插入图为高频区的放大图。各电压下沉积的氧化石墨烯膜层的Nyquist图谱均为半圆状的阻抗弧有膜层保护的试样容抗弧半径增大对不锈钢基体起到了一定的保护作用且当沉积电压为4V时容抗弧的半径最大对基体的保护作用最好。图1-b为bode图高频区表示膜层对腐蚀溶液渗透的阻力数值越大表示膜层的致密性越好。中频区代表膜层的电容性中频区成线性关系说明电容性好膜层比较完整没有受到严重的腐蚀破坏。低频区代表膜层整体的抗腐蚀阻力低频区数值越高膜层的抗腐蚀性能越好。当沉积电压为4V时低频区阻抗值达到最高即当沉积电压为4V时沉积的氧化石墨烯膜层的抗腐蚀性能最好。在图1-c相位角图中沉积有氧化石墨烯膜层后相位角在中频区较大的范围内会维持一个较高值且当沉积电压为4V时相位角在中频区最高且跨度最大说明沉积电压为4V时沉积的氧化石墨烯膜层有更好的抗腐蚀性能。由电化学阻抗图谱可知氧化石墨烯在不锈钢基体表面的最佳沉积电压为4V。3.2动电位极化曲线分析图2动电位极化曲线中显示出沉积有氧化石墨烯膜层后的试样较裸样相比阳极分支的腐蚀电流密度在下降腐蚀电位正移。不同沉积电压下沉积的氧化石墨烯膜层进行对比可以看出阳极曲线对应的腐蚀电流密度随沉积电压增大表现出先降低后增大的趋势腐蚀电位先正移而后负移。且在沉积电压为4V时阳极分支腐蚀电流密度最低腐蚀电位最大。说明当沉积电压为4V时沉积的氧化石墨烯膜层对金属基体起到了最好的保护作用。动电位极化曲线拟合的电化学参数将图2对应的动电位极化曲线进行拟合所得数据列于表1中可以更加直观的观察出不同电压下沉积的氧化石墨烯膜层的抗腐蚀性能。腐蚀电位Ecorr代表发生腐蚀的难易程度通过比较发现样品表面在沉积上氧化石墨烯膜层后腐蚀电位均较裸样发生正移在4V沉积电压下沉积的膜层腐蚀电位正移最大与裸样相比正移接近200mV抗腐蚀能力提高很大。腐蚀电流密度Icorr表示发生腐蚀后腐蚀的快慢程度进行对比可知在4V沉积电压下沉积的膜层对应的腐蚀电流密度与裸样相比下降了近一个数量级说明此条件下沉积的氧化石墨烯膜层发生腐蚀后腐蚀速率最低。分析表中的保护效率？浊P可知先增大后减小在沉积电压为4V时沉积的氧化石墨烯膜层对应的保护效率最大达到91.6