在中科院南海海洋研究所位于南海區域的一個熱帶海洋環境材料腐蝕試驗站，各種功能薄膜和涂層、耐候鋼等材料樣片如曬谷物般，被放置在樓頂天臺，暴曬在熱帶海洋氣候的驕陽下。“有些好的材料要曬5到10年。”中科院寧波材料技術與工程研究所研究員王立平告訴《中國科學報》記者。
為“一帶一路”提前布局
在暴曬實驗場，一個鐵架引起了記者的注意，與有些樣片被不同程度的點蝕有所差別，這個鐵架所有暴露在外的表面都已銹跡斑斑。而鐵架是今年4月和樣片一同出現在實驗場的。
“這個鍍鋅鋼防腐鐵塔在北方地區使用40年沒問題，不用涂什么防腐涂料，但在熱帶海洋地區壽命會降低很多。”王立平將記者帶到海邊，指著一個海氣通量塔說，“這里海洋大氣中的年平均氯離子沉積速率比其他海域高很多。”
年平均氣溫28攝氏度，白天鋼結構溫度能達到75度左右，空氣濕度年平均79%左右，再加上高鹽和高紫外線的侵蝕，熱帶海洋氣候的特點讓這一氣候類型的地區成為了腐蝕的重災區。
腐蝕的嚴酷程度從1到5分為五級。“按照大氣腐蝕環境來分，這里屬于C5+，整個一帶一路的海洋環境都屬于腐蝕等級最高的。”中科院寧波材料所博士劉栓介紹道。
中科院寧波材料所在防腐材料方面的提前布局，將南海地區“櫛風沐雨”的材料樣片與千里之外的“一帶一路”海洋環境緊密聯系在了一起。
據介紹，僅2014年我國的腐蝕總成本就超過2.1萬億人民幣，約占當年GDP的3.34%。從這個實驗場，人們就可以洞見一場嚴峻的熱帶海洋開發和“一帶一路”基礎設施的腐蝕危機。
一帶一路沿線國家的基礎設施建設目前還面臨著另一個問題。以電網建設為例，在當地建設的電網設施，無法像國內電網可以依靠變電站進行維護，因而在位于熱帶海洋環境的一帶一路沿線國家，腐蝕防護成了影響電網安全至關重要的因素。
從價比黃金到1克6毛
涂料防腐是為了阻隔腐蝕介質（水，氯離子，氧氣等）與被防護基體接觸，但一般的涂料致密性不高，阻隔性能無法對抗嚴酷的熱帶海洋環境。2008年左右，一個火遍全球的“阻隔”高手現身——石墨烯材料。
石墨烯是目前自然界最薄的二維納米材料，阻隔與屏蔽性能非常優異，即使是最小的氣體原子（氦原子）也無法穿透，它能夠大幅減小傳統環氧富鋅涂料的鋅粉含量，增強涂層的附著力和耐沖擊等力學性能。
“石墨烯對氯離子阻隔性能比一般涂料的阻隔性能要高六到八倍。”王立平說。
對抗熱帶海洋的腐蝕，人們有了新武器。然而，這種材料的優勢眾所周知，卻存在一個推廣上的難題——用價比黃金的石墨烯“成本太高了”。
如今中科院寧波材料所/浙江石墨烯制造業創新中心王立平團隊的石墨烯重防腐涂料推廣效果良好，關鍵就在于“規模化生產成本降下來了”。“在重防腐涂料中應用的石墨烯價格有望達到650左右每千克甚至更低，加上添加量僅在千分之五到百分之一，一下子就降低了石墨烯的使用成本。”王立平介紹稱。
成本大幅下降，有賴于中科院寧波材料所/浙江石墨烯制造業創新中心石墨烯研究團隊在石墨烯規模化生產上的突破，在社會資本的大力投資以及寧波市政府的積極推動下，中科院寧波材料所2012年就開始了石墨烯粉體產業化及應用技術推廣，將石墨烯的價格與涂料中其他原材料的價格降到了一個級別，涂料整體成本問題迎刃而解。
“比如，國內比較好的涂料一公斤30元左右，我們的涂料價格略高于國內重防腐一線品牌，但遠低于進口的重防腐涂料。”王立平比較說，“可我們涂料的防腐效果與進口的相當。”
打破2000億市場壟斷
高鐵基礎設施材料是否防腐，性能如何，我國在泰國競爭高鐵時，競爭對手日本將在泰國約10年的防腐實驗數據擺了出來。然而，這些數據我們卻拿不出。對相關領域研究積累的缺乏，讓中國的防腐涂料市場成了國外品牌一枝獨秀的天下。
“海洋平臺涂料80%都是進口的，2000億人民幣的市場都靠外資品牌和技術。”王立平說。與此同時，這個市場正在蓬勃發展，其中對重防腐涂料需求年均增速超過20%。
更重要的是，傳統重防腐涂層的鹽霧壽命普遍不足2000小時，且存在資源浪費和環境污染問題，遠無法滿足“一帶一路”沿線國家，特別是遠海、深海以及高濕熱南海環境下裝備和設施長期防腐耐候的安全服役要求。
王立平研究員、烏學東研究員和薛群基院士聯合團隊的60余名科研人員經過10年攻關，成功研發出石墨烯改性重防腐涂料，打破了國外品牌在相應市場的壟斷，還刷新了相關領域防護數據的“新記錄”。
“我們在中石油、中石化和中海油相關部門都做了第三方測試，現在的數據是這個領域國內外最好的指標，鹽霧試驗超過6000小時。”王立平說。
事實上，占領市場的不光是石墨烯改性重防腐涂料，該團隊研發的涂料相關技術成果，已經成功轉化。王立平說，“雖然我們發不了文章，對材料的應用推進和可靠性非常關鍵，我們就缺這塊研究。”
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