Изготовление и характеристика оксида графена

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8946 (2023) Цитировать эту статью

453 доступа

Подробности о метриках

В данном исследовании методом интеркаляции в растворе были успешно получены нанокомпозитные покрытия на основе акрил-эпоксидной смолы, наполненные наночастицами оксида графена (ГО) в различных концентрациях (0,5–3 мас.%). Термогравиметрический анализ (ТГА) показал, что включение наночастиц ОГ в полимерную матрицу повышает термостабильность покрытий. Степень прозрачности, оцененная с помощью ультрафиолето-видимой (УФ-видимой) спектроскопии, показала, что самая низкая скорость загрузки ГО (0,5 мас.%) полностью блокировала входящее излучение, что приводило к нулевому проценту пропускания. Кроме того, измерения угла контакта с водой (WCA) показали, что включение наночастиц GO и PDMS в полимерную матрицу значительно увеличило гидрофобность поверхности, продемонстрировав самый высокий WCA 87,55°. Кроме того, тест с перекрестной штриховкой (CHT) показал, что все гибридные покрытия продемонстрировали отличную адгезию к поверхности, получив оценки 4B и 5B соответственно. Более того, микрофотографии, полученные с помощью полевой эмиссионной сканирующей электронной микроскопии (FESEM), подтвердили, что присутствие функциональных групп на поверхности GO облегчает процесс химической функционализации, что приводит к превосходной диспергируемости. Композиция ГО до 2 мас.% показала превосходную дисперсию и равномерное распределение наночастиц ГО внутри полимерной матрицы. Таким образом, уникальные свойства графена и его производных стали новым классом нанонаполнителей/ингибиторов для защиты от коррозии.

Коррозия – это разрушение металла в результате реакций переноса заряда в окружающей среде, что приводит к разрушению поверхности металла1,2,3. Во всем мире коррозия представляет собой большую угрозу для общества, вредна для человека и является серьезной промышленной проблемой4,5,6. Более того, сообщалось, что полностью предотвратить коррозию невозможно, однако ее можно только свести к минимуму и замедлить7. Поскольку большинство отраслей промышленности сталкиваются с проблемами, связанными с коррозией, значительные усилия были направлены на разработку нескольких жизненно важных мер по защите материалов от коррозии. Более того, несмотря на наличие многочисленных действующих стратегий предотвращения коррозии, по-прежнему существует огромная необходимость в дальнейшем увеличении срока службы компонентов8. Например, такие методы, как обработка поверхности, защитные покрытия, электрохимическая катодная защита и ингибиторы «зеленой» коррозии, использовались для замедления или полного подавления основного электрохимического явления, которое привело к деградации металлов9,10. Интересно, что в современной промышленности органические покрытия получили широкое распространение для предотвращения коррозии металлических конструкций. Кроме того, органические покрытия обладают исключительными характеристиками, такими как низкая стоимость, отличная адгезия к различным подложкам, высокая химическая и термическая стабильность, высокое электрическое сопротивление, хорошая стабильность размеров, высокая прочность на разрыв и высокая плотность сшивки соответственно. Тем не менее, существуют некоторые недостатки с точки зрения защиты от коррозии, такие как плохая гибкость и ударопрочность, проницаемость коррозионных агентов (например, кислорода, воды, хлорид-ионов и т. д.) к границе раздела покрытие/металл и образование микропор во время подготовки покрытия. был продемонстрирован посредством аккуратных покрытий из эпоксидной смолы. Следовательно, это привело к потере адгезии покрытия, что еще больше привело к ухудшению качества подложки с покрытием10,11,12,13,14.

В последние годы неоднократно сообщалось, что нанокомпозитные покрытия с гидрофобными свойствами и органо-неорганические гибриды продемонстрировали значительное увеличение срока службы материалов, подверженных коррозии, что привело к огромной экономии. На сегодняшний день для увеличения срока службы материалов в экстремальных условиях окружающей среды основной целью отрасли является создание прочных покрытий, устойчивых к окислению и коррозии. Таким образом, по сравнению с традиционными покрытиями, разработка наноструктурированных материалов открыла многообещающий путь для разработки экологически чистых антикоррозионных покрытий, которые продемонстрировали способность служить гораздо дольше8. Обнаруженный в 2005 году двумерный (2D) материал, графен, состоящий из гибридизированной углеродной наноструктуры толщиной в один атом, вдохновил мир и расширил область применения композитных материалов15. ,16,17,18. Более того, его выдающиеся характеристики, такие как высокая удельная поверхность, термическая и химическая стабильность, химическая инертность, непроницаемость для диффузии ионов, отличная электропроводность и высокая механическая прочность, делают этот материал многообещающим кандидатом для контроля коррозии и защиты металлов19,20,21 . Тем не менее, практическое использование графена было ограничено из-за сложности иммобилизации графена непосредственно на металлической поверхности, плохой диспергируемости как в водных, так и в неводных растворителях, затрат, связанных с методами изготовления, и его склонности к агломерации при использовании в более высоких концентрациях соответственно22. . Кроме того, листы графена химически инертны, что привело к предотвращению различных взаимодействий с полимерными матрицами и, как следствие, к расширенной агрегации наполнителя-наполнителя в композитах.