——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國科學(xué)院辦院方針
語音播報
10月17日,國家973計劃“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”項目課題結(jié)題驗收會在中國科學(xué)院寧波技術(shù)與工程研究所召開。該項目為寧波首次牽頭承擔(dān)的國家973項目,其研究目的是揭示海洋材料腐蝕和防護(hù)機(jī)制,提出特色鮮明的海洋環(huán)境耐蝕和防護(hù)材料的設(shè)計理論和制備方法,滿足我國實施海洋戰(zhàn)略對高性能海洋環(huán)境防護(hù)材料的需要。上海交通大學(xué)丁文江院士、大連理工大學(xué)蹇錫高院士和中科院寧波材料所薛群基院士等十余位專家組成的驗收組對該項目所屬六個課題進(jìn)行了審查驗收,并對該項目其中一項重要應(yīng)用成果——舟山基地380米世界最高輸電塔防腐工程進(jìn)行了實地觀摩。
這座比法國艾菲爾鐵塔還高出50米的輸電塔位于舟山金塘島,高度380米,跨距2656米,面臨熱帶海洋環(huán)境下高鹽霧、高濕熱、強(qiáng)日照、臺風(fēng)等侵襲。為減緩電力設(shè)施的銹蝕,保證電力設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)不受破壞,延長輸電鐵塔壽命,這座高塔特別使用了石墨烯改性重防腐涂料。
腐蝕的危害
國際公認(rèn)腐蝕對每一國家造成的損失高達(dá)國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的3%~5%。據(jù)美國腐蝕工程師協(xié)會(NACE)統(tǒng)計,全球腐蝕成本估算為2.5萬億美元。
近20年來,我國國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值高速增長,經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和管理模式巨變,各行業(yè)的腐蝕事故明顯增加。2014年,我國各行業(yè)腐蝕總成本約占國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的3.34%,總額超過21000億元。
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和災(zāi)難性的事故,不但造成嚴(yán)重的人員傷亡,而且?guī)砭薮蟮慕?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)的泄漏可能嚴(yán)重污染水資源、大氣和土壤資源;在日常生活中,腐蝕問題時有發(fā)生,不僅影響物質(zhì)的美觀和使用,同時也會對人體健康和出行安全等造成嚴(yán)重威脅。尤其對于新興海洋工程、海島工程等領(lǐng)域而言,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,嚴(yán)重影響了我國重大工程和裝備的可持續(xù)發(fā)展。此外,南海開發(fā)和“一帶一路”基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也面臨著更為嚴(yán)峻的腐蝕危機(jī)。
石墨烯改性重防腐涂料的特性
腐蝕造成的危害如此之大,人們當(dāng)然也一直在探索控制腐蝕的方法,其中一種就是使用重防腐涂料。重防腐涂料是減小腐蝕破壞,保障苛刻腐蝕環(huán)境下裝備和設(shè)施可靠性和服役壽命的關(guān)鍵材料,其發(fā)展水平是一個國家涂料科技水平的重要標(biāo)志。在國家973計劃“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”項目推動下,中科院寧波材料所薛群基院士和王立平研究員團(tuán)隊研制了石墨烯改性重防腐涂料,并用于此次380米世界第一高輸電鐵塔的防腐工程之中。
石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化連接形成六角型呈蜂巢晶格的平面二維材料,近年來一直受到科研界、企業(yè)界甚至各國政府的重視。由于碳原子之間化學(xué)鍵的特性,石墨烯極為堅韌,可塑性良好,可以彎曲到很大角度而不斷裂,其楊氏模量約為1100GPa,斷裂強(qiáng)度為130GPa,比最好的鋼還要高100倍。
并且,石墨烯在可見光下透明但不透氣,具有很好的阻隔性能,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。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)境中服役涂層的抗腐蝕介質(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,提高涂層的防腐壽命。
“石墨烯阻隔性能優(yōu)異。有了石墨烯涂層后,水滲透速率下降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?!敝锌圃簩幉ú牧霞夹g(shù)與工程研究所蒲吉斌研究員介紹說。
蒲吉斌表示,石墨烯重防腐涂料的使用壽命比傳統(tǒng)涂料高2-3倍,因而特別適合在對安全性要求高、再噴涂難度又大的高塔上使用。
據(jù)了解,該防腐工程使用的石墨烯改性重防腐涂料已通過中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會組織的成果鑒定,關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)耐鹽霧壽命超過9000小時,處于國際領(lǐng)先水平(傳統(tǒng)重防腐涂層的鹽霧壽命普遍在2000小時左右,且存在資源浪費和環(huán)境污染問題,遠(yuǎn)無法滿足“一帶一路”沿線,特別是遠(yuǎn)海、深海以及高濕熱南海環(huán)境下裝備和設(shè)施長期防腐耐候的安全服役要求),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,囊括材料開發(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。
更可喜的是,目前此成果已經(jīng)聯(lián)合銀億集團(tuán)實現(xiàn)了成果產(chǎn)業(yè)化,相關(guān)定型產(chǎn)品除了在輸電鐵塔上獲得了規(guī)模應(yīng)用以外,還在儲油罐、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)了規(guī)模應(yīng)用。這對貫徹“全面實施海洋戰(zhàn)略,發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)”以及“一帶一路”倡議具有積極意義。
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