中科院科研小组给基础设施披上“重防腐”外衣

在位于中国科学院南海海洋研究所南海区的热带海洋环境材料腐蚀试验站，各种功能薄膜和涂层、耐候钢和其他材料的样品被放置在屋顶上，像谷物一样，暴露在热带海洋气候的烈日下。"一些好的材料需要干燥5到10年."中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员王立平告诉《中国科学》。

“一带一路”预先布局

在曝晒实验场，一个不同于一些不同点蚀程度的样品的铁架引起了记者的注意。铁框架的所有外露表面都生锈了。今年四月，铁架子和样品一起出现在实验室里。

“这种镀锌钢防腐塔在北方地区已经40年没有问题了。它不需要涂任何防腐涂层，但它在热带海洋地区的使用寿命将大大降低。”王立平把记者带到海边，指着一座海气通量塔。"这里海洋大气中氯离子的年平均沉积速率比其他海域高得多。"

年平均气温为28摄氏度，白天钢结构温度可达75度左右，年空气湿度约为79%。再加上高盐和高紫外线的侵蚀，热带海洋气候的特点使这种气候类型的地区成为腐蚀最严重的地区。

腐蚀的严重程度从1到5分为五个等级。“从大气腐蚀环境来看，该处属于C5+级，一带一路海洋环境腐蚀等级最高。”中国科学院宁波材料研究所刘栓博士说。

中国科学院宁波材料研究所防腐材料的先期布局将南海地区的材料样品与千里之外的“一带一路”海洋环境紧密联系在一起。

据报道，仅2014年腐蚀总成本就超过2.1万亿元，占当年国内生产总值的3.34%。从这个试验场，人们可以看到严重的热带海洋开发和“一带一路”基础设施腐蚀危机。

一带一路沿岸国家的基础设施建设仍面临另一个问题。以电网建设为例。本地建设的电网设施不能由像国内电网这样的变电站来维护。因此，在热带海洋环境中，腐蚀防护已经成为影响一带一路沿岸国家电网安全的关键因素。

黄金与1克6美分的价格比率

涂层防腐的目的是防止腐蚀介质(水、氯离子、氧气等)。)不与受保护的基底接触。然而，一般涂层的密度不足以抵抗恶劣的热带海洋环境。大约在2008年，一位世界知名的“屏障”专家出现了——石墨烯材料。

石墨烯是目前自然界中最薄的二维纳米材料。它的阻隔和屏蔽性能非常好。即使是最小的气体原子(氦原子)也不能穿透它。它可以大大降低传统环氧富锌涂料中锌粉的含量，提高涂料的附着力和抗冲击性等力学性能。

"石墨烯对氯离子的阻隔性能是普通涂层的六到八倍。"王立平说道。

为了抵御热带海洋的侵蚀，人们有了新的武器。然而，这种材料的优点是众所周知的，但推广中存在一个难题——价格高于黄金的石墨烯“太贵”。

目前，中科院宁波材料研究所/浙江石墨烯制造创新中心王立平团队对石墨烯重防腐涂层的推广效果良好，关键在于“降低大规模生产成本”。“用于重防腐涂层的石墨烯价格预计将达到每千克650英镑左右，甚至更低，添加量仅为千分之五至百分之一，从而一次性降低石墨烯的使用成本。”王立平说道。

成本的大幅下降是由于中国科学院宁波材料研究所/浙江石墨烯制造创新中心的石墨烯研究团队在大规模生产石墨烯方面取得了突破。在社会资本的大力投入和宁波市*的积极推动下，中国科学院宁波材料研究所于2012年启动了石墨烯粉体的产业化和应用技术的推广，将石墨烯的价格与涂层中其他原材料的价格降低到一个水平，从而解决了涂层的整体成本问题。

“例如，一公斤30元是中国最好的涂料。我们的涂料价格略高于国内一线重防腐品牌，但远低于进口重防腐涂料。”王立平比较说:“但我们的涂料防腐效果相当于进口涂料。”

打破2000亿的市场垄断

高铁基础设施材料是否防腐，性能如何？当我国在泰国竞争高铁时，竞争对手日本将在泰国提供大约10年的防腐试验数据。然而，我们无法获得这些数据。缺乏相关领域的研究积累，使得中国防腐涂料市场成为外国品牌的独特天地。

80%的海洋平台涂料是进口的，2000亿人民币的市场依赖于外国品牌和技术王立平说道。与此同时，市场正在蓬勃发展，对重防腐涂料的需求以平均每年20%以上的速度增长。

更重要的是，传统重防腐涂料的盐雾寿命一般不到2000小时，存在资源浪费和环境污染问题，远不能满足“一带一路”航线沿线国家设备设施的长期防腐和防风雨安全服务要求，尤其是在公海、深海和高湿度、炎热的南海环境中。

经过10年的研究，王立平、吴学东、薛群基联合团队的60多名研究人员成功开发出石墨烯改性重防腐涂料，打破了国外品牌在相应市场的垄断，刷新了相关领域保护数据的“新纪录”。

“我们已经在中石油、中石化和中海油的相关部门进行了第三方测试。目前的数据是国内外该领域的最佳指标。盐雾试验持续了6000多个小时。”王立平说道。

事实上，石墨烯改性重防腐涂料并不是唯一占据市场的涂料。该团队开发的涂料相关技术成果已成功转化。王立平说:“虽然我们不能发送文章，但提高材料的应用性和可靠性是非常重要的。我们缺乏这项研究。”