韩国中央大学的Hyungbin Son教授领导的研究团队观察到了一种利用石墨烯形成防止铜腐蚀杂化层的独特方法。

铜是人类广泛使用的一种金属。使用铜的主要挑战在于，即使在室温环境条件下，铜的表面也会随使用时间的延长发生氧化， 最终导致腐蚀。因此，找到一种长期保护铜裸露表面的方法是一项艰巨而有意义的工作。保护金属表面最常用的方法就是在涂覆防腐蚀物质。石墨烯作为抗腐蚀涂层的候选材料已被广泛研究， 因为它可作为隔绝气体分子的屏障。但是，尽管具有这些特性， 现有研究表明石墨烯片只能在短时间内(少于24小时)保护铜免受腐蚀。实际上，令人惊讶的是， 在度过初始阶段后，石墨烯还有可能提高铜的被腐蚀速率，这与石墨烯涂层带来的抗腐蚀性质完全相反。

为了阐明铜表面涂覆石墨烯的特殊性质，韩国团队研究了铜基板上的石墨烯分布，分析其腐蚀方式。Son教授解释表示：“众所周知，石墨烯具有很好的机械性能，并且对所有气体（包括氢） 都具有不渗透性。后续有研究证实，石墨烯由于各种缺陷反而加速了铜基材的腐蚀，这使得将石墨烯用作氧化阻隔层的功能受到了广泛的质疑，这种争议目前已经存在了十年，不过，在这样长的时间范围内仍没有对此进行定性研究。因此，我们有动机去研究石墨烯在石墨烯-铜界面上作为耐腐蚀膜的作用和机理。”Son教授及其团队使用拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和白光干涉仪观察了30天的铜腐蚀现象和趋势。

首先， 研究团队检测到腐蚀情况在涂层边缘发生，并在边缘、晶界和原子缺位等各种缺陷处发生了扩散，形成了氧化亚铜（Cu2O）。这导致附着在表面的水分子分裂，为氧化过程提供氧， 直到整个屏障看上去没有起到作用，致使铜表面完全腐蚀。由于石墨烯涂层受室温环境中水蒸气的影响，铜基板的受保护部分比未受保护的部分反而更易腐蚀。随着时间的流逝，石墨烯涂层下面形成的Cu2O分散了应变，并在石墨烯中引发了p掺杂，形成了某些杂化结构。在暴露于室温环境条件下13天后，研究小组发现这种腐蚀大大减缓了石墨烯和Cu2O层之间新杂化物的产生。同时，未受保护的铜继续以恒定的速率腐蚀，其腐蚀渗透的深度远大于有石墨烯保护层下腐蚀深度。

这些发现表明，石墨烯实际上可以保护铜免受较深的穿透性氧化，这与此前的研究结论不同。Son教授表示，通过观察发现， 在更长的时间范围内(超过1年)， 石墨烯-Cu2O的杂化结构成为了抗氧化保护层。未涂覆石墨烯的区域则被氧化铜（CuO）严重氧化，其氧化深度达到270纳米。”

Son教授总结表示，近十年来，石墨烯的抗腐蚀性能一直存在争议，许多研究表明，石墨烯会加速铜的氧化(导致其腐蚀)。不过这项研究首次证明了石墨烯-Cu2O与裸铜相比，能够形成一种杂化混合结构，从长远来看，仍然可以大大减缓了铜的腐蚀氧化。（陈济桁）