Fabbricazione e caratterizzazione dell'ossido di grafene

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8946 (2023) Citare questo articolo

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In questo studio, rivestimenti nanocompositi a base acrilica-epossidica caricati con diverse concentrazioni (0,5-3% in peso) di nanoparticelle di ossido di grafene (GO) sono stati preparati con successo tramite l'approccio dell'intercalazione della soluzione. L’analisi termogravimetrica (TGA) ha rivelato che l’inclusione di nanoparticelle GO nella matrice polimerica ha aumentato la stabilità termica dei rivestimenti. Il grado di trasparenza valutato mediante spettroscopia ultravioletto-visibile (UV-Vis) ha mostrato che il tasso di carico più basso di GO (0,5% in peso) aveva completamente bloccato l'irradiazione in entrata, risultando così in una trasmittanza pari allo zero%. Inoltre, le misurazioni dell’angolo di contatto con l’acqua (WCA) hanno rivelato che l’incorporazione di nanoparticelle GO e PDMS nella matrice polimerica aveva notevolmente migliorato l’idrofobicità superficiale, mostrando il WCA più alto di 87,55º. Inoltre, il test cross-hatch (CHT) ha dimostrato che tutti i rivestimenti ibridi hanno mostrato un eccellente comportamento di adesione superficiale, ricevendo rispettivamente valutazioni 4B e 5B. Inoltre, le micrografie al microscopio elettronico a scansione a emissione di campo (FESEM) hanno confermato che la presenza dei gruppi funzionali sulla superficie GO ha facilitato il processo di funzionalizzazione chimica, che ha portato a un'eccellente disperdibilità. La composizione GO fino al 2% in peso ha mostrato un'eccellente dispersione e una distribuzione uniforme delle nanoparticelle GO all'interno della matrice polimerica. Pertanto, le caratteristiche uniche del grafene e dei suoi derivati ​​sono emerse come una nuova classe di nanoriempitivi/inibitori per applicazioni di protezione dalla corrosione.

La corrosione avviene quando un metallo si deteriora attraverso reazioni di trasferimento di carica in un ambiente circostante, con conseguente distruzione della superficie metallica1,2,3. A livello globale, la corrosione rappresenta una grande minaccia per la società, è dannosa per l’uomo e rappresenta un grave problema industriale4,5,6. Inoltre, è stato riscontrato che è impossibile prevenire completamente la corrosione, ma che essa può solo essere minimizzata e ritardata7. Poiché la maggior parte delle industrie si trova ad affrontare le sfide legate alla corrosione, sono stati dedicati sforzi significativi per sviluppare diverse fasi vitali per proteggere i materiali dalla corrosione. Inoltre, nonostante siano in atto numerose strategie di prevenzione della corrosione, esiste ancora un’enorme necessità di aumentare ulteriormente la durata dei componenti8. Ad esempio, sono stati impiegati metodi quali trattamento superficiale, rivestimenti protettivi, protezione catodica elettrochimica e inibitori verdi della corrosione per rallentare o inibire completamente il principale evento elettrochimico che ha portato alla degradazione dei metalli9,10. È interessante notare che nell’industria moderna i rivestimenti organici sono stati ampiamente adattati per prevenire la corrosione delle strutture metalliche. Inoltre, i rivestimenti organici hanno caratteristiche straordinarie quali basso costo, eccellente adesione su vari substrati, elevata stabilità chimica e termica, elevata resistenza elettrica, buona stabilità dimensionale, elevata resistenza alla trazione ed elevata densità di reticolazione rispettivamente. Tuttavia, alcuni inconvenienti in termini di protezione dalla corrosione, come scarsa flessibilità e resistenza agli urti, permeabilità degli agenti corrosivi (ad es. ossigeno, acqua, ioni cloruro, ecc.) all'interfaccia rivestimento/metallo e creazione di micropori durante la preparazione del rivestimento è stato esposto per mezzo dei rivestimenti in resina epossidica puliti. Pertanto, ciò ha comportato la perdita dell'adesione del rivestimento che ha ulteriormente causato il deterioramento del substrato rivestito10,11,12,13,14.

Negli ultimi anni, è stato riportato in numerosi casi che i rivestimenti nanocompositi con caratteristiche idrofobiche e ibridi organico-inorganici hanno dimostrato un miglioramento significativo nella durata dei materiali suscettibili alla corrosione, con conseguenti enormi risparmi. Fino ad oggi, al fine di aumentare la durata dei materiali in condizioni ambientali estreme, l’obiettivo principale del settore era quello di produrre rivestimenti resistenti all’ossidazione e alla corrosione. Pertanto, rispetto ai rivestimenti tradizionali, l'ingegneria dei materiali nanostrutturati ha consentito un percorso promettente per progettare rivestimenti anticorrosivi rispettosi dell'ambiente che hanno dimostrato la capacità di durare molto più a lungo8. Scoperto nel 2005, un materiale bidimensionale (2D), il grafene, costituito da una nanostruttura di carbonio ibridato \({sp}^{2}\) dello spessore di un atomo, ha ispirato il mondo e ampliato il campo di applicazione dei materiali compositi15 ,16,17,18. Inoltre, le sue caratteristiche distintive quali elevata area superficiale specifica, stabilità termica e chimica, inerzia chimica, impermeabilità alla diffusione ionica, eccellente conduttività elettrica ed elevata resistenza meccanica rendono questo materiale un candidato promettente per il controllo della corrosione e la protezione dei metalli19,20,21 . Tuttavia, l'uso pratico del grafene è stato limitato a causa della difficoltà nell'immobilizzare il grafene direttamente sulla superficie metallica, della scarsa disperdibilità in solventi acquosi o non acquosi, dei costi generati dai metodi di fabbricazione e della sua tendenza ad agglomerarsi se utilizzato rispettivamente in concentrazioni più elevate22 . Inoltre, i fogli di grafene sono chimicamente inerti, pertanto ciò ha comportato la prevenzione di varie interazioni con le matrici polimeriche, causando quindi un'estesa aggregazione di riempitivo-riempitivo nei compositi.