[ad_1]
En un artículo publicado en la revista Informes científicoslos investigadores presentaron la deposición potenciostática utilizada para la electrodeposición de películas de níquel (Ni) y níquel-grafeno (Ni-G) sobre sustratos de cobre. Se usó ácido mirístico (MA) para cambiar el nivel de recubrimientos electrodepositados para crear una super hidrofobicidad (SHP).
Aprender: Método ecológico para construir un recubrimiento superhidrofóbico a base de grafeno sobre sustrato de cobre y su rendimiento de resistencia a la corrosión. Fuente de la imagen: BONNINSTUDIO/Shutterstock.com
En ángulos de contacto con el agua de 159° y 162°, respectivamente, las películas Ni-G modificadas con MA (Ni-G-MA) y Ni modificadas con MA (Ni-MA) mostraron cualidades SHP excepcionales. Cuando se examinó la morfología de la superficie de las películas SHP con un microscopio electrónico de barrido (SEM), los resultados mostraron que las películas Ni-G-MA y Ni-MA tenían estructuras micro-nano.
Los resultados del espectrofotómetro infrarrojo de transformada de Fourier (FTIR) mostraron que el injerto de las películas de Ni-G-MA y Ni-MA en el metal de cobre fue exitoso. En comparación con Ni-MA, la película de Ni-G-MA era más resistente a la abrasión mecánica y tenía una mayor estabilidad química.
Las películas Ni-G-MA y Ni-MA mostraron una durabilidad al aire libre a largo plazo de aproximadamente cuatro meses. Los resultados de la espectroscopia de impedancia electroquímica y la polarización potenciodinámica también mostraron que la película SHP sobre el sustrato de cobre exhibió una excepcional resistencia a la corrosión en cloruro de sodio (NaCl) 0,5 molar.
Imágenes SEM de cobre injertado con (a) Ni-MA y (b) Ni-G-MA. Crédito de la imagen: Ragheb, D.M et al., Scientific Reports
Comprender la estructura de las películas superhidrofóbicas
Las superficies SHP tienen un ligero ángulo de deslizamiento (SA) de menos de 10° y un alto ángulo de contacto (CA) de más de 150°. Las flores de loto, las hojas de arroz y las rosas son algunos ejemplos de los recursos naturales en los que se basan los conceptos de síntesis de superficies SHP. Las superficies SHP recientemente han atraído una gran atención en la investigación académica y las posibles aplicaciones comerciales debido a su aplicabilidad en la reducción de la resistencia, capacidades de autolimpieza, resistencia a la corrosión y separación de agua y aceite.
Una superficie superhidrofóbica requiere dos componentes, incluido un cambio en la química de la superficie con un recubrimiento de baja energía libre y una textura superficial rugosa con una estructura binaria específica. Se han propuesto varios métodos para crear superficies SHP bioinspiradas modificando las composiciones químicas y la morfología de la superficie. Estas técnicas incluyen sol-gel, deposición química de vapor, electrodeposición, grabado químico y pulverización. Sin embargo, la mayoría de estos métodos tienen limitaciones debido a la necesidad de maquinaria especializada o control de proceso sofisticado.
La producción de capas SHP sobre metales, polímeros conductores y óxidos metálicos es más sencilla mediante la electrodeposición. Debido a sus ventajas, como el fácil control, la escalabilidad, el bajo costo, la simplicidad y la producción de un recubrimiento SHP duradero, la electrodeposición se ha convertido en una forma competitiva de crear superficies superhidrofóbicas.
Este estudio tuvo como objetivo fabricar películas de Ni dopadas con grafeno y Ni sobre un sustrato de cobre mediante un proceso de electrodeposición. Luego, estas películas se modificaron con MA, un químico con un impacto ambiental insignificante, lo que resultó en superficies SHP. La estructura química y la topografía superficial de las superficies SHP sintetizadas fueron examinadas por SEM y FTIR. Se evaluaron la humectabilidad, la resistencia a la intemperie, la estabilidad mecánica y química y la resistencia a la corrosión de las películas SHP producidas. El comportamiento frente a la corrosión se examinó en un medio acuoso con NaCl 0,5 molar.
Micrografías de humectabilidad de (a) cobre desnudo y cobre chapado de (b) Ni, (C) NiG, (es decir) Ni-MA y (mi) Ni-G-MA. Crédito de la imagen: Ragheb, D.M et al., Scientific Reports
configuración experimental
Se utilizó como electrodo de trabajo una placa de cobre de 2 cm por 1 cm por 0,3 cm. Los autores utilizaron hexahidrato de cloruro de níquel de grado analítico, hidróxido de sodio, ácido sulfúrico, sulfato de níquel, etanol anhidro, ácido bórico y MA para el estudio.
El sustrato de cobre se pulió antes de la electrodeposición utilizando papel de carburo de silicio (SiC) de varios granos, comenzando con una pantalla de grano 150 y trabajando hasta el grano superior 800. El sustrato de cobre se sumergió luego en una solución jabonosa durante 10 minutos seguido de un ácido sulfúrico 0,5 molar (H2ASI QUE4) por un minuto. Finalmente, el sustrato de cobre se limpió con agua destilada antes de ingresar al baño de electrodeposición.
Se usó análisis SEM para examinar la topografía de la superficie del revestimiento electrodepositado. Usando FTIR, se examinó la composición química del recubrimiento SHP producido. Los espectros se registraron entre 400 y 4000 por centímetro.
Se utilizaron pruebas de rayado, impacto de arena y pelado de cinta para analizar las propiedades mecánicas de las películas SHP producidas. Esta película SHP se aplicó a papel SiC de grano 1200, que sirvió como superficie de desgaste, para realizar la prueba de rayado.
Se realizó una prueba de estabilidad química para validar que las películas SHP fabricadas podrían usarse en aplicaciones industriales. Varias muestras de cobre injertadas en láminas SHP se sumergieron en soluciones acuosas con un pH que oscilaba entre 1 y 13 durante una hora. En cada pH, luego se calcularon los CA y SA. El cobre revestido con Ni-G-MA SHP mostró una mayor estabilidad química que varios valores observados anteriormente.
El método de polarización potenciodinámica investigó la resistencia a la corrosión del cobre sin recubrimiento y del cobre recubierto con Ni, Ni-MA, Ni-G y Ni-G-MA. Aquí, los resultados mostraron que el cobre cubierto con una película de Ni-G-MA exhibió una mayor resistencia a la corrosión. Por tanto, el cobre preparado revestido con Ni-G-MA tuvo un mejor efecto protector que el Ni-MA.
Resultados y significado del estudio
En este estudio, los autores injertaron películas superhidrofóbicas de Ni-G-MA y Ni-MA en el sustrato de cobre. Además, la resistencia mecánica y la estabilidad de las películas superhidrofóbicas producidas se evaluaron mediante abrasión mecánica, prueba de impacto de arena y desprendimiento de cinta. Los tres procesos mostraron que el recubrimiento Ni-G-MA tenía una estabilidad mecánica más excelente en comparación con Ni-MA. Además, según la evaluación de la estabilidad química de las películas superhidrofóbicas producidas en condiciones básicas y ácidas, las películas de Ni-G-MA tenían mayor estabilidad química que las de Ni-MA.
Representación esquemática del mecanismo de protección contra la corrosión propuesto de las películas SHP fabricadas. Crédito de la imagen: Ragheb, D.M et al., Scientific Reports
Los resultados mostraron que la adición de grafeno mejoró la estabilidad mecánica y química del recubrimiento superhidrofóbico resultante. Además, se investigó la resistencia a la corrosión del cobre desnudo y del cobre revestido con material superhidrofóbico mediante espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) y técnicas de polarización potenciodinámica. Finalmente, los resultados mostraron que el recubrimiento SHP en la superficie de cobre evitó la difusión de especies corrosivas en la superficie de cobre y bloqueó los sitios de corrosión activa.
Por lo tanto, el cobre revestido superhidrofóbico tenía una fuerte resistencia a la corrosión, especialmente cuando el revestimiento superhidrofóbico estaba dopado con grafeno. Usando el enfoque EIS, se evaluó la resistencia a la corrosión sostenida de producir recubrimientos superhidrofóbicos. Los resultados mostraron que los recubrimientos superhidrofóbicos producidos exhibieron una excelente durabilidad en una solución de NaCl 0,5 molar.
Relación
Ragheb, DM, Abdel-Gaber, AM, Mahgoub, FM, Mohamed, ME (2022). Método ecológico para construir un recubrimiento superhidrofóbico a base de grafeno sobre sustrato de cobre y su rendimiento de resistencia a la corrosión. Informes científicos. https://www.nature.com/articles/s41598-022-22915-5
[ad_2]