一种基于扫描电镜和能谱仪的石墨烯在富锌涂料中分散性的测定方法

朱宇宏　陈韶　王燕　曹丽芬　常征　余辉

摘  要：使用SEM-EDS对石墨烯-环氧富锌涂料中石墨烯的分散性进行测试，对不同石墨烯添加量的涂料，分别测试5个点的SEM-EDS。在相同的方法倍率下，SEM可以看出石墨烯在富锌涂料中的分布，EDS测得涂料中的C含量及Zn含量，通过5个点的C/Zn的比值，来确定石墨烯在涂料中的分散性。该方法简单实用，可作为石墨烯在含重金属涂料中分散性的测定方法。

关键词：扫描电镜;能谱;石墨烯;富锌涂料

中图分类号：TB302.5 文献标志码：A         文章编号：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

扫描电镜（SEM）及其附带的能谱仪（EDS）可以用来进行组织形貌观察和微区成分分析。例如用于判断气体绝缘金属封闭开关设备放电异物来源[1]。汽车涂装涂膜缺陷表面状态[2]。不锈钢中有害析出相和失效分析等方面[3-4]。石墨烯在富锌涂料中能延长腐蚀介质的侵入途径，产生“迷宫效应”。曹祥康等[5]发现环氧富锌（40%锌）涂层中，0.5%～1.0%石墨烯添加量可以有效地提高阴极保护作用。陈中华等[6]发现0.80%石墨烯的水性环氧涂料性能最佳，且石墨烯基填料在环氧富锌涂层中依旧表现出“迷宫效应”。石墨烯和氧化石墨烯的高比表面积和表面能导致很强的聚集倾向，功能化改性后的石墨烯在石墨烯复合涂料中的分散性，对石墨烯在涂料中的应用至关重要。本研究将石墨烯的含量扩大到2%，使用SEM-EDS对石墨烯在富锌涂料中的分散性进行了研究。

1 材料和方法

1.1 实验仪器和设备

超声振荡器：KQ5200V，昆山超声波仪器有限公司;热风循环烘箱：FD260，德国Binder公司;金相显微镜：AXIO Imager M2m，蔡司;热场发射扫描电镜：SIGMA，蔡司;能谱：XFlash6160，布鲁克;差示扫描量热仪：DSC200F3，德国耐驰仪器制造有限公司。

1.2 制样材料和方法

富锌涂料购置于南京长江涂料有限公司;10%的石墨烯油性浆料购置于深圳天元羲王材料科技有限公司。

将石墨烯浆料配比到富锌涂料中，通过超声震荡进行分散，再使用50μm的线棒刮涂到马口铁上，用70℃的烘箱烘干。

2 结果与讨论

2.1 不同石墨烯含量的富锌涂料中锌含量

按照HG/T 3668-2009测定锌含量，将含锌试样移入铝坩埚内，铺平，封盖，放入DSC样品区;空铝坩埚封盖，放入参比区。开启N2保护，设定升温范围370～435℃，以10℃/min 速率升温，测试完成后计算出峰面积以及试样的ΔH值（J/g），从图1可以看出，在锌的熔点419.5℃时未出现干扰峰，两次放热峰都在温度为416℃，根据下式计算有效锌的含量：

Zn%=试样锌的ΔH/108×100%

2.2 不同石墨烯含量的光镜图和电镜图

从图2可以看出添加了1%的石墨烯浆料后，相同倍数的光学显微镜中黑色的部分明显增加。

从图3看出涂料的导电性变好了，表面的石墨烯含量变多。Zn粉比较纯，为球状，石墨烯片状的嵌在富锌涂料中。

2.3 石墨烯在富锌涂料中分散性的测定能谱分析

2.3.1 能谱仪的重复性测定

对不同的石墨烯含量的富锌涂料进行SEM-EDS测试，能谱定量分析在相同条件下，对同一个点进行6次测定，采用加速电压为15kV，工作距离WD为11.2mm，图像放大倍率500X，采集活时間60s。得到的归一化结果如表2所示，从表中可以看出仪器带入的误差<1%，C/Zn的误差最大值为0.82%。

2.3.2 石墨烯在富锌涂料中分散性测定

对不同的石墨烯含量的富锌涂料进行SEM-EDS测试，能谱定量分析对每个石墨烯加入量进行5个点测定，采用加速电压为15kV，工作距离WD为11.2mm，图像放大倍率500X，采集活时间60s。进行归一化后结果如表3所示，不同石墨烯含量的C/Zn的RSD值为1.34～6.1。根据不同的产品判断石墨烯的分散程度。

3 结束语

应用扫描电镜及其附带的能谱仪分析石墨烯复合富锌涂料中石墨烯分散性的方法简便实用。当石墨烯浆料加入富锌涂料中，制板后，通过使用扫描电镜进行微观形貌观察、使用能谱仪对多个涂层点进行成分分析，即可确定分散性的好坏。该方法可作为确定石墨烯在富锌涂料中分散的程度的重要手段之一加以推广应用。

参考文献：

[1]史润军，张田甜，王晓生.一种基于扫描电镜和能谱仪的GIS放电异物来源分析方法[J].理化检验-物理分册，2020，56（3）：8-13.

[2]刘永福，黄超群，禤明妮，等.浅析涂装涂膜缺陷分析工具及方法[J].汽车材料与涂装，2020，5：205-208.

[3]刘艳文，施小立，陈贤淼，等.UNSS32750不锈钢中有害析出相的检测方法[J].理化检验（物理分册），2020，56（03）：19-21.

[4]陈先艳，杨坤，曹春兰.CuZn39Pb3铅黄铜接头螺纹处开裂失效分析[J].理化检验（物理分册），2020，56（03）：48-51.

[5]曹祥康，黄峰，熊思，等.不同石墨烯纳米片添加量对石墨烯纳米片-40%Zn/环氧涂层防腐性能的影响[J].复合材料学报，2019，36（7）：1607-1617.

[6]陈中华，李青，何畅.石墨烯浆料改性水性环氧富锌涂料的性能[J].电镀与涂饰，2018，37（18）：823-827.