换热壁面的腐蚀会造成设备失效,但由于其防护涂层需兼顾导热能力和防腐能力,因此一直是腐蚀界的难题。新型二维石墨材料的出现为制备导热防腐涂层提供了新的契机。石墨烯和石墨纳米片是sp~2杂化碳原子构成的二维纳米材料,具有离子不可渗透性和高热导率,但是生产成本、制备工艺和分散性等因素限制了其应用。本文分别开发了石墨烯和石墨纳米片的高效制备技术,并深入研究其作为填料对涂层导热防腐性能的影响。同时,研究了石墨纳米片尺寸对涂层性能的影响,并引入神经网络对石墨纳米片涂层热导率进行预测和优化。主要研究内容和结果如下:(1)石墨烯基材料/环氧树脂(Epoxy)复合物的制备及其导热防腐性能研究。首先,开发了一种结合Fe粉还原法和微波还原法的还原氧化石墨烯快速简易制备技术,并利用多巴胺非共价键改性石墨烯。测试结果表明制得石墨烯具有较高的碳氧比,且经过表面修饰后分散性明显提升。接下来,将其作为填料加入Epoxy中,涂层热导率在掺杂5wt%多巴胺改性石墨烯时提升至0.72 W/m·K,较Epoxy涂层提升400%。同时,电化学测试表明,多巴胺改性石墨烯可以显著提升涂层防腐性能,且随填料量增加,复合涂层防腐性能先上升后下降。当掺杂3 wt%多巴胺改性石墨烯时,涂层防腐效果最优,浸泡11 d后阻值仍保持10~9Ω·cm~2,热导率达到0.52 W/m·K,兼顾导热能力和防腐能力。(2)石墨纳米片/Epoxy复合物的制备及其导热防腐性能研究。首先,开发了一种结合硝酸剥离法和商用洗洁精辅助超声剥离法的石墨纳米片高效制备技术。结果表明,该方法可以在0.5 h内制得片径20μm左右的大尺寸石墨纳米片(LGNPs)并在6 h内获得1~5μm的小尺寸石墨纳米片(SGNPs-0.5~6h),且其原有石墨特征不被破坏。接下来,将LGNPs和SGNPs-0.5~6h与Epoxy共混制得复合涂层,定量研究了尺寸协同效应对涂层热导率的影响。当掺入20 wt%复合填料,LGNPs:SGNPs-3h=17:3时,涂层热导率达到1.33 W/m·K。同时,电化学测试表明,复合填料可以明显提升涂层防腐性能。其中,Epoxy/LGNPs-4.25 wt%/SGNPs-3h-0.75 wt%涂层浸泡11 d后仍保持高涂层电阻值(10~8Ω·cm~2),热导率达到0.5 W/m·K,是一种优异的导热防腐涂层。(3)多尺寸石墨纳米片/Epoxy复合物导热性能优化。引入BP神经网络优化石墨纳米片复合物涂层导热性能,控制隐含层层数和神经元数以提升预测精度。优化后的神经网络准确率为95.5%,实现了复合涂层热导率的预测并依据预测结果给出涂层优化方案。其中,Epoxy/LGNPs-16 wt%/SGNPs-2h-4 wt%涂层热导率达到1.42 W/m·K。