一種基于掃描電鏡和能譜儀的石墨烯在富鋅涂料中分散性的測定方法

朱宇宏　陳韶　王燕　曹麗芬　常征　余輝

摘? 要：使用SEM-EDS對石墨烯-環氧富鋅涂料中石墨烯的分散性進行測試，對不同石墨烯添加量的涂料，分別測試5個點的SEM-EDS。在相同的方法倍率下，SEM可以看出石墨烯在富鋅涂料中的分布，EDS測得涂料中的C含量及Zn含量，通過5個點的C/Zn的比值，來確定石墨烯在涂料中的分散性。該方法簡單實用，可作為石墨烯在含重金屬涂料中分散性的測定方法。

關鍵詞：掃描電鏡;能譜;石墨烯;富鋅涂料

中圖分類號：TB302.5 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）23-0133-03

Abstract： The dispersion of graphene in graphene modified zinc rich coatings was tested by SEM-EDS， and 5 spots were tested for the coatings with different amount of grapheme by SEM-EDS. In the same magnification， the dispersion of graphene in zinc-richcoatings can be observed by SEM， and the content of C and Zn in the coating was measured by EDS. The ratios of C/Zn at 5 points were used to determine the dispersibility of graphene in coatings. This method was simple and practical， and could be used to determine the dispersibility of graphene in coatings containing heavymetals.

Keywords： scanning electron microscope; energy dispersive spectrum; graphene; zinc-rich coating

掃描電鏡（SEM）及其附帶的能譜儀（EDS）可以用來進行組織形貌觀察和微區成分分析。例如用于判斷氣體絕緣金屬封閉開關設備放電異物來源[1]。汽車涂裝涂膜缺陷表面狀態[2]。不銹鋼中有害析出相和失效分析等方面[3-4]。石墨烯在富鋅涂料中能延長腐蝕介質的侵入途徑，產生“迷宮效應”。曹祥康等[5]發現環氧富鋅（40%鋅）涂層中，0.5%～1.0%石墨烯添加量可以有效地提高陰極保護作用。陳中華等[6]發現0.80%石墨烯的水性環氧涂料性能最佳，且石墨烯基填料在環氧富鋅涂層中依舊表現出“迷宮效應”。石墨烯和氧化石墨烯的高比表面積和表面能導致很強的聚集傾向，功能化改性后的石墨烯在石墨烯復合涂料中的分散性，對石墨烯在涂料中的應用至關重要。本研究將石墨烯的含量擴大到2%，使用SEM-EDS對石墨烯在富鋅涂料中的分散性進行了研究。

1 材料和方法

1.1 實驗儀器和設備

超聲振蕩器：KQ5200V，昆山超聲波儀器有限公司;熱風循環烘箱：FD260，德國Binder公司;金相顯微鏡：AXIO Imager M2m，蔡司;熱場發射掃描電鏡：SIGMA，蔡司;能譜：XFlash6160，布魯克;差示掃描量熱儀：DSC200F3，德國耐馳儀器制造有限公司。

1.2 制樣材料和方法

富鋅涂料購置于南京長江涂料有限公司;10%的石墨烯油性漿料購置于深圳天元羲王材料科技有限公司。

將石墨烯漿料配比到富鋅涂料中，通過超聲震蕩進行分散，再使用50μm的線棒刮涂到馬口鐵上，用70℃的烘箱烘干。

2 結果與討論

2.1 不同石墨烯含量的富鋅涂料中鋅含量

按照HG/T 3668-2009測定鋅含量，將含鋅試樣移入鋁坩堝內，鋪平，封蓋，放入DSC樣品區;空鋁坩堝封蓋，放入參比區。開啟N2保護，設定升溫范圍370～435℃，以10℃/min 速率升溫，測試完成后計算出峰面積以及試樣的ΔH值（J/g），從圖1可以看出，在鋅的熔點419.5℃時未出現干擾峰，兩次放熱峰都在溫度為416℃，根據下式計算有效鋅的含量：

Zn%=試樣鋅的ΔH/108×100%

2.2 不同石墨烯含量的光鏡圖和電鏡圖

從圖2可以看出添加了1%的石墨烯漿料后，相同倍數的光學顯微鏡中黑色的部分明顯增加。

從圖3看出涂料的導電性變好了，表面的石墨烯含量變多。Zn粉比較純，為球狀，石墨烯片狀的嵌在富鋅涂料中。

2.3 石墨烯在富鋅涂料中分散性的測定能譜分析

2.3.1 能譜儀的重復性測定

對不同的石墨烯含量的富鋅涂料進行SEM-EDS測試，能譜定量分析在相同條件下，對同一個點進行6次測定，采用加速電壓為15kV，工作距離WD為11.2mm，圖像放大倍率500X，采集活時間60s。得到的歸一化結果如表2所示，從表中可以看出儀器帶入的誤差<1%，C/Zn的誤差最大值為0.82%。

2.3.2 石墨烯在富鋅涂料中分散性測定

對不同的石墨烯含量的富鋅涂料進行SEM-EDS測試，能譜定量分析對每個石墨烯加入量進行5個點測定，采用加速電壓為15kV，工作距離WD為11.2mm，圖像放大倍率500X，采集活時間60s。進行歸一化后結果如表3所示，不同石墨烯含量的C/Zn的RSD值為1.34～6.1。根據不同的產品判斷石墨烯的分散程度。

3 結束語

應用掃描電鏡及其附帶的能譜儀分析石墨烯復合富鋅涂料中石墨烯分散性的方法簡便實用。當石墨烯漿料加入富鋅涂料中，制板后，通過使用掃描電鏡進行微觀形貌觀察、使用能譜儀對多個涂層點進行成分分析，即可確定分散性的好壞。該方法可作為確定石墨烯在富鋅涂料中分散的程度的重要手段之一加以推廣應用。

參考文獻：

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[6]陳中華，李青，何暢.石墨烯漿料改性水性環氧富鋅涂料的性能[J].電鍍與涂飾，2018，37（18）：823-827.