Revestimiento de acero superhidrofóbico a base de grafeno ecológico

Revestimiento de acero superhidrofóbico a base de grafeno ecológico


Los recubrimientos superhidrofóbicos son superficies repelentes al agua con múltiples aplicaciones industriales que incluyen autolimpieza, resistencia química, minimización de arrastre, detección, células fotovoltaicas, dispositivos biomédicos y antiincrustantes.

Fabricación ecológica de recubrimientos de acero superhidrofóbicos a base de grafeno

Estudio: Preparación de un recubrimiento superhidrofóbico ecológico a base de grafeno sobre sustrato de acero y su resistencia a la corrosión, estabilidad química y mecánica. Crédito de la foto: Shutterstock.com

Desarrollar una superficie con estas propiedades puede ser un desafío, especialmente cuando se consideran las preocupaciones ambientales y de seguridad del cliente.

Un estudio reciente publicado en la revista Scientific Reports se centra en la electrodeposición potenciostática de grafeno ecológico para crear recubrimientos superhidrofóbicos en superficies de acero. La paja de arroz, un material de biomasa ecológicamente benigno, se ha utilizado para producir grafeno ecológico.

¿Qué son los recubrimientos superhidrofóbicos?

Las superficies superhidrofóbicas tienen ángulos de contacto superiores a 150° y son excepcionalmente inhumectables. Se pueden diseñar varias superficies superhidrofóbicas con una repelencia al agua excepcional aumentando la abrasión superficial y disminuyendo la energía superficial, dos requisitos clave para la superhidrofobicidad.

Debido a su energía interfacial ultrabaja, las sustancias perfluoradas como los fluorosilanos o los monómeros de fluorocarbono se han utilizado históricamente como materiales de baja energía superficial. Sin embargo, se ha demostrado que el uso de tales fluorocarbonos de cadena larga es muy peligroso, con consecuencias ambientales significativas, como p. B. baja vida útil, biomagnificación y biodisponibilidad.

Por lo tanto, se necesitan tecnologías y materiales de bajo costo y ambientalmente benignos (como el grafeno verde) para fabricar superficies superhidrofóbicas.

Se han informado varias técnicas para fabricar recubrimientos superhidrofóbicos, que incluyen absorción, electrohilado, electrodeposición, autoensamblaje de capas y grabado con plasma.

Debido a su proceso de baja temperatura, limpieza, bajo costo, conveniencia y microestructuras ajustables, la electrodeposición es una tecnología efectiva para producir superficies superhidrofóbicas sintéticas.

Superficies superhidrofóbicas: ventajas y limitaciones

Los sustratos de acero tienen múltiples usos debido a su fuerte resistencia física y bajo costo. Al mismo tiempo, tienen una alta tendencia a corroerse debido a procesos electroquímicos. A menudo se considera que la corrosión es uno de los problemas más críticos en términos de implicaciones económicas y de seguridad.

Las superficies de acero se pueden proteger utilizando una variedad de enfoques, el más destacado de los cuales es la producción de recubrimientos superhidrofóbicos para aumentar la resistencia a la corrosión.

Sin embargo, las superficies superhidrofóbicas tienen desventajas significativas, como baja elasticidad estructural e inestabilidad física, que limitan su aplicabilidad práctica. Para utilizar superficies superhidrofóbicas en la industria, se debe mejorar su tolerancia a la rugosidad mecánica y su estabilidad química.

Grafeno ecológico para recubrimientos superhidrofóbicos

El grafeno es un polímero de carbono amorfo 2D con un patrón de panal. Es un nanomaterial excepcional porque es la nanoestructura basada en carbono más ligera y resistente. Debido a su dureza, profundidad atómica única, estabilidad química e impermeabilidad a muchos gases, el grafeno es una sustancia excelente para recubrimientos, especialmente materiales de recubrimiento anticorrosión.

Los cuatro métodos básicos para producir grafeno son la reducción catalítica del óxido de grafeno, la exfoliación del grafito, el crecimiento epitaxial sobre carburo de silicio y la deposición química de vapor (CVD). Sin embargo, la mayoría de estos métodos requieren mucho tiempo e implican el uso de productos químicos y gases potencialmente dañinos.

Dado que estos enfoques comunes tienen limitaciones de tiempo y valor de producción, muchos científicos ahora se están enfocando en desarrollar métodos sintéticos ecológicos para la fabricación de grafeno ecológico.

En este estudio, los investigadores crearon un recubrimiento a base de grafeno superhidrofóbico y ecológico para mejorar la protección contra la corrosión de las superficies de acero. El ácido esteárico, una sustancia química económica y ecológicamente segura, se utilizó como sustancia de baja energía superficial. Se prepararon dos recubrimientos superhidrofóbicos: ácido esteárico de níquel (Ni-SA) y ácido esteárico de grafeno de níquel (Ni-G-SA).

Se utilizó un proceso de síntesis verde para producir grafeno verde a partir de paja de arroz, una fuente de energía renovable. La hidrofilia, la resistencia química y mecánica y la resistencia a la corrosión de los recubrimientos superhidrofóbicos producidos se probaron en una solución acuosa de cloruro de sodio.

Conclusiones clave del estudio

El ángulo de contacto con el líquido del recubrimiento de Ni-G-SA superhidrofóbico preparado es de 161,4°, mientras que el recubrimiento de Ni-SA es de 155,7°. La adición de grafeno ecológico mejora la abrasión del revestimiento fabricado, lo que da como resultado una súper hidrofobicidad mejorada.

De acuerdo con el estudio de estabilidad química, el recubrimiento Ni-SA mantiene la súper hidrofobicidad en el rango de pH 3-11 mientras que el recubrimiento Ni-G-SA mantiene la súper hidrofobicidad en el rango de pH 1-13.

La prueba de abrasión física reveló que el recubrimiento de Ni-SA superhidrofóbico producido es superhidrofóbico hasta una longitud de molienda de 150 mm. Por el contrario, el recubrimiento Ni-G-SA es superhidrofóbico hasta una longitud de molienda de 300 mm, lo que sugiere que el uso de grafeno ecológico en el recubrimiento superhidrofóbico desarrollado aumenta su resistencia mecánica y química.

El trabajo actual presenta un proceso de síntesis innovador y ecológico para producir grafeno ecológico para recubrimientos superhidrofóbicos. Estos descubrimientos deberían allanar el camino para futuros estudios sobre las extraordinarias propiedades de estos recubrimientos ecológicos.

Relación

Mohamed, ME et al. (2022). Preparación de un recubrimiento superhidrofóbico ecológico a base de grafeno sobre sustrato de acero y su resistencia a la corrosión, estabilidad química y mecánica. Informes científicos. Disponible en: https://doi.org/10.1038/s41598-022-14353-0

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