海風(fēng)吹拂下，一座比法國(guó)艾菲爾鐵塔還高出50米的世界最高輸電塔，雄姿英發(fā)地屹立在浙江舟山金塘島。乍一看，除了“身”高380米，這座塔并沒有什么特別之處。其玄機(jī)正在于塔身紅白相間的涂料上，這可不是普通涂料，而是石墨烯防腐涂料，比傳統(tǒng)鍍鋅涂層防護(hù)壽命可以提高3倍。
比法國(guó)艾菲爾鐵塔還高出50米的世界最高輸電塔。黃海華攝
10月17日，國(guó)家973計(jì)劃“海洋工程裝備材料腐蝕與防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目課題在中科院寧波技術(shù)與工程研究所順利完成驗(yàn)收。該項(xiàng)目是為了給在海洋中工作的鋼鐵建材穿上“盔甲”，使之盡可能地免受海洋復(fù)雜環(huán)境的侵害，破解抗腐蝕難題。380米世界最高輸電塔防腐蝕工程，正是其中一項(xiàng)重要應(yīng)用成果。
腐蝕損失，高達(dá)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的 3%～5%
說到工程腐蝕，其危害可能遠(yuǎn)超人們的想象。
國(guó)際上公認(rèn)，腐蝕對(duì)一個(gè)國(guó)家造成的損失高達(dá)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的 3%～5%。據(jù)美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，全球腐蝕成本估算為2.5萬億美元。2014 年，我國(guó)各行業(yè)腐蝕總成本約占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的 3.34%，總額超過2萬1千億元人民幣。
在工程上，腐蝕導(dǎo)致的直接后果就是縮短工程材料的使用壽命，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失;在環(huán)境安全方面，腐蝕產(chǎn)物或由腐蝕引發(fā)的化學(xué)物質(zhì)泄漏可能嚴(yán)重污染水資源、大氣和土壤資源;尤其對(duì)于新興海洋工程、海島工程而言，腐蝕更是裝備、設(shè)施安全性和服役壽命的重要影響因素之一。此外，南海開發(fā)和“一帶一路”基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也面臨著嚴(yán)峻的腐蝕危機(jī)。
舟山的 380米世界最高跨海輸電塔，輸電容量達(dá)200萬千瓦，但其處于高鹽霧、高濕熱、強(qiáng)日照、臺(tái)風(fēng)環(huán)境，年均相對(duì)濕度80.3%，年均日照1625小時(shí)。有效的防腐措施是保障其安全、穩(wěn)定地輸送能源的關(guān)鍵。
耐鹽霧壽命超過9千小時(shí)，優(yōu)于國(guó)際一流產(chǎn)品
腐蝕造成的危害如此之大，人們也一直在探索控制腐蝕的方法，其中使用重防腐涂料就是一種重要手段。中科院寧波材料所薛群基院士和王立平研究員團(tuán)隊(duì)，以“石墨烯”為材料研制了石墨烯改性重防腐涂料，并用于380米世界最高輸電塔防腐工程。
石墨烯是一種由碳原子連接形成的六角型呈蜂巢晶格的平面二維材料，其極為堅(jiān)韌，可以彎曲到很大角度而不斷裂，其斷裂強(qiáng)度比最好的鋼還要高100倍。它在可見光下透明但不透氣，具有很好的阻隔性能。通過引入石墨烯能夠增強(qiáng)涂層的附著力、耐沖擊等力學(xué)性能和對(duì)介質(zhì)的屏蔽阻隔性能，尤其是能夠顯著提高熱帶海洋大氣環(huán)境中涂層的抗腐蝕介質(zhì)(水、氯離子、氧氣等)的滲透能力，在大幅降低涂膜厚度的同時(shí)，提高涂層的防腐壽命。
電鏡下的石墨烯 圖片來源：Lawrence Berkley National Laboratory
該研發(fā)團(tuán)隊(duì)蒲吉斌研究員向解放日?qǐng)?bào)·上觀新聞?dòng)浾呓榻B，傳統(tǒng)的鍍鋅涂層防腐技術(shù)，如果在沿海或重工業(yè)污染環(huán)境，一般3到5年就會(huì)銹蝕嚴(yán)重。比如，寧波港橋1237線20號(hào)鐵塔，其鍍鋅層在運(yùn)行半年后就失去了光澤，表面呈暗灰色。而石墨烯這一最薄的防腐材料，可以使水的滲透速率下降10萬倍以上，銅的腐蝕速率下降4倍，鎳的腐蝕速率下降20倍。
團(tuán)隊(duì)研發(fā)的石墨烯重防腐涂料已通過中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)組織的成果鑒定，獲得了2017年中國(guó)好設(shè)計(jì)銀獎(jiǎng)。相比傳統(tǒng)涂層耐鹽霧壽命普遍在2000到3000小時(shí)左右，其耐鹽霧壽命超過了9000小時(shí)，多項(xiàng)關(guān)鍵性能指標(biāo)明顯優(yōu)于國(guó)際一流產(chǎn)品，防護(hù)壽命比同期測(cè)試的某國(guó)際品牌涂料提高了3倍。而這也是全球首次完成石墨烯改性重防腐涂料工程化全鏈條，包括材料開發(fā)、自然環(huán)境考核、工程示范乃至大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。
未來五年電網(wǎng)防腐涂料市場(chǎng)將超過千億元，市場(chǎng)前景可期。據(jù)介紹，石墨烯重防腐涂料是國(guó)際上的一個(gè)熱點(diǎn)，但真正實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的不多。目前該團(tuán)隊(duì)已聯(lián)合銀億集團(tuán)實(shí)現(xiàn)了成果產(chǎn)業(yè)化，相關(guān)產(chǎn)品不僅在輸電鐵塔上獲得規(guī)模應(yīng)用，還在儲(chǔ)油罐、配電網(wǎng)設(shè)施、橋梁工程、船舶、南海海洋設(shè)施等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用。“我國(guó)2000噸先導(dǎo)號(hào)大型海洋發(fā)電平臺(tái)，之前用了某國(guó)際品牌涂料，不到1年就銹蝕了，如今用了我們的石墨烯重防腐涂料，已經(jīng)1年多了依然完好。”
