آیا گرافن خواص ضد خوردگی دارد؟ - ایران گرافن

در این بخش به این بحث که آیا گرافن خواص ضد خوردگی دارد یا نه خواهیم پرداخت. خوردگی یک فرآیند شیمیایی یا الکتروشیمیایی آهسته است که به پدیده طبیعی برهمکنش مواد فلزی با اکسیژن و آب اطلاق می‌شود که باعث خودشکستگی و تخریب می‌شود. مشکلاتی مانند فروریختن پل، غرق شدن کشتی و آسیب تجهیزات کارخانه ناشی از خوردگی فلزات، خسارات زیادی را به زندگی روزمره و تولید مردم وارد کرده است.

طبق یک نظرسنجی در سال 2012 که توسط انجمن مهندسی خوردگی آمریکا انجام شد، ضرر اقتصادی مستقیم ناشی از خوردگی فلزات به 2.2 تریلیون دلار در سال در سراسر جهان می رسد. اگرچه جلوگیری از وقوع خوردگی فلز غیرممکن است، اما مکانیسم خوردگی فلز را می توان برای یافتن ابزارهای موثر برای محافظت از فلز به منظور کاهش سرعت خوردگی فلز و کاهش آسیب ناشی از خوردگی مطالعه کرد.

فن آوری های متداول حفاظت از فلز شامل حفاظت کاتدی، حفاظت بازدارنده خوردگی، پوشش فلزی و پوشش آلی سطحی است. سه روش فوق دارای مشکلات هزینه بالای استفاده، آلودگی به محیط و محیط کاربردی محدود است. روش پوشش ارگانیک سطح، رایج ترین و موثرترین روش حفاظت از فلز است و به این صورت است که سطح فلز را با یک فیلم محافظ آلی می پوشانند تا از تماس مستقیم فلز و محیط خورنده در محیط جلوگیری شود تا احتمال واکنش شیمیایی یا الکتروشیمیایی و آسیب فلز کاهش یابد. و نشانگر این است که گرافن خواص ضد خوردگی دارد.

با این حال، بخش قابل توجهی از پوشش های آلی سنتی حاوی فلزات سنگین سمی مانند کرومات، سرب و روی است که دارای خطرات ایمنی خاصی و خطرات آلودگی محیطی است. این نه تنها مقدار زیادی انرژی تجدید ناپذیر را مصرف می کند، بلکه برای توسعه پایدار جامعه و اقتصاد نیز بسیار نامطلوب است.

شایان ذکر است که هرچه محیط های خورنده مانند آب، اکسیژن و یون ها راحت تر به سطح مشترک پوشش/فلز برسند، احتمال خوردگی فلز در زیر پوشش بیشتر می شود. بنابراین، جستجوی یک پوشش سطح فلزی با عملکرد محافظ خوب و سازگاری با محیط زیست، نقطه داغی در زمینه حفاظت در برابر خوردگی فلزات است.

علاوه بر این، روش الکتروشیمیایی اغلب برای ارزیابی مقاومت به خوردگی و تشخیص شکست پوشش استفاده می شود. به طور کلی، هرچه جریان خوردگی پوشش کمتر باشد یا امپدانس در فرکانس پایین بیشتر باشد، مقاومت در برابر خوردگی پوشش بهتر است.

گرافن یک ماده دو بعدی با یک ساختار چند لایه با ضخامت تنها یک اتم قطر (حدود 0.35 نانومتر) است که انتظار می رود به نسل جدیدی از مواد انقلابی تبدیل شود. پوشش گرافن بدون نقص تک لایه عملکرد محافظتی عالی دارد، که می تواند از رسیدن عوامل خوردگی مانند اکسیژن و مولکول های آب به سطح ماتریکس فلزی جلوگیری کند و به عنوان نازک ترین پوشش محافظت در برابر خوردگی شناخته شده در نظر گرفته می شود. عل

اوه بر این، گرافن دارای خواص حرارتی، الکتریکی و مکانیکی منحصر به فرد و عالی است (مانند استحکام بالا، خواص تریبولوژیکی خوب و غیره) و به ایده آل ترین پوشش ضد خوردگی تبدیل خواهد شد.

ویژگی های مانع عالی گرافن آن را به یک نامزد امیدوارکننده برای محافظت در برابر خوردگی تبدیل می کند پس بطور کلی می توان گفت گرافن خواص ضد خوردگی دارد. ساختار دو بعدی آن یک لایه متراکم و غیر قابل نفوذ را بر روی سطح فلز تشکیل می دهد و از رسیدن مواد خورنده مانند آب، اکسیژن و نمک ها به سطح فلز جلوگیری می کند. این اثر مانع به کند کردن یا حتی توقف فرآیند خوردگی کمک می کند.

علاوه بر این، رسانایی الکتریکی بالای گرافن آن را قادر می سازد تا به عنوان یک اند عمل کند. هنگامی که گرافن به عنوان یک پوشش روی سطح فلز اعمال می شود، می تواند به عنوان یک لایه قربانی عمل کند که ترجیحا نسبت به فلز زیرین خورده می شود. این مکانیسم حفاظتی فداکاری با قربانی کردن لایه گرافن به جای آن به محافظت از فلز در برابر خوردگی کمک می کند و می توان گفت گرافن خواص ضد خوردگی دارد.

علاوه بر این، برای نشان دارد اینکه گرافن خواص ضد خوردگی دارد، گرافن را می توان با سایر بازدارنده های خوردگی ترکیب کرد تا اثربخشی آن ها را افزایش دهد. با پراکندگی گرافن در پوشش های پلیمری یا ترکیب آن در مواد کامپوزیتی، مقاومت در برابر خوردگی را می توان بیشتر بهبود بخشید. پوشش های مبتنی بر گرافن نیز در ترکیب با روش هایی سنتی حفاظت در برابر خوردگی، مانند پوشش های تبدیل کرومات، برای افزایش عملکرد استفاده شده اند.

مزیت های پوشش های مبتنی بر گرافن

1. محافظت در برابر عوامل خورنده:

پوشش های گرافن یک مانع قوی در برابر عوامل خورنده ایجاد می کنند و از تماس مستقیم بین بستر فلزی و عناصر خورنده مانند آب، مواد شیمیایی یا گازها جلوگیری می کنند. این مانع احتمال شروع و پیشرفت خوردگی را تا حد زیادی کاهش می دهد.

• مقاومت شیمیایی بالا:

گرافن دارای مقاومت شیمیایی عالی است که آن را در برابر طیف وسیعی از مواد خورنده از جمله اسیدها، قلیاها و حلال ها بسیار موثر می کند. این ویژگی باعث می شود پوشش های گرافن برای کاربرد در محیط های سخت که مقاومت در برابر خوردگی حیاتی است، مناسب باشند.

• خواص رسانا:

علاوه بر اینکه گرافن خواص ضد خوردگی دارد این ماده یک رسانای عالی الکتریسته است و به آن اجازه می دهد تا به عنوان یک لایه محافظ بر روی مواد رسانا مانند بسترهای فلزی عمل کند. این می تواند به جلوگیری از خوردگی گالوانیکی کمک کند، جایی که دو فلز غیر مشابه در حضور الکترولیت در تماس هستند.

• قابلیت های خود ترمیم شونده:

پوشش های گرافنی به دلیل اینکه گرافن خواص ضد خوردگی دارد این قابلیت را دارا می باشند که عیوب کوچک یا آسیب های ناشی از خوردگی را خود ترمیم کنند. تحریک اتم های کربن در گرافن امکان سازماندهی مجدد و بازسازی شبکه را فراهم می کند و هر ترک یا شکافی را که ممکن است ایجاد شده باشد پر می کند.

• نازک و سبک:

پوشش های گرافن را می توان در لایه های بسیار نازک اعمال کرد و حجم یا وزن اضافه شده به زیر لایه را به حداقل رساند. این امر به ویژه در صنایعی که کاهش وزن ضروری است، مانند کاربردهای هوافضا یا خودرو سودمند است.

• سازگار و تطبیق پذیری:

پوشش های گرافن را می توان بر روی انواع مختلف سطوح از جمله فلزات، پلیمرها و سرامیک ها اعمال کرد. این تطبیق پذیری امکان استفاده از آن ها را در طیف وسعی از صنایع از جمله صنایع دریایی، نفت و گاز، الکترونیک و زیرساخت ها فراهم می کند.

توجه به این نکته که گرافن خواص ضد خوردگی دارد مهم است که اگر چه گرافن پتانسیل بالایی برای محافظت در برابر خوردگی نشان می دهد، هنوز چالش هایی وجود دارد این چالش ها شامل تولید در مقیاس بزرگ، مقرون به صرفه بودن مبتنی بر گرافن است. البته محققان به طور فعال در حال تحقیق برای حفاظت از خوردگی مبتنی بر گرافن هستند تا آن را عملی تر و تجاری تر کنند.

استفاده از گرافن تولید شده در گروه ایران گرافن، امکان بهره برداری از خواص ضد خوردگی این ماده را در بسیاری از صنایع داخل کشور فراهم می کند. به ویژه در صنعت هایی مانند صنعت پتروشیمی، صنعت هوا و فضا، صنعت دریایی و صنعت خودروسازی، مصرف این ماده به دلیل اینکه گرافن خواص ضد خوردگی دارد به منظور جلوگیری از تخریب سطوح فلزی بسیار مهم است.

منبع:

https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10408436.2021.1886046

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925838819327719