Choć nie wszyscy zdają sobie z tego sprawę, korozja może zaatakować również… szkło. I jest to poważny problem, ponieważ skorodowane szkło jest słabsze mechanicznie i bardziej podatne na pękanie. Radą na to może się okazać specjalna powłoka z grafenu.
Fot. Horia Varlan / Foter.com / CC BY
Szkło posiada wysoką odporność chemiczną, dlatego jest podstawowym materiałem na pojemniki do przechowywania leków i środków chemicznych. W pewnych warunkach jednak, na przykład wysokiej wilgotności i pH, na szkle może rozwinąć się korozja. Traci ono wówczas przejrzystość i zostaje poważnie osłabione mechanicznie. Jest to problem, z którym mierzyć się musi branża farmaceutyczna i optyczna, zwłaszcza w gorących, wilgotnych klimatach.
W poszukiwaniu szczelnej bariery
Korozja zostaje zapoczątkowana przez adsorpcję wody na powierzchni szkła. Powstające jony wodorowe wypierają jony sodowe obecne na powierzchni materiału. pH wody na powierzchni wzrasta, przez co struktura szkła zaczyna ulegać rozpuszczeniu.
Aby temu zapobiec, naukowcy zaczęli szukać odpowiedniej powłoki ochronnej. Idealna powinna być cienka, przezroczysta, i stanowić szczelną barierę dla chemikaliów. Obiecującym kandydatem na materiał powłokowy okazał się grafen – obojętny chemicznie, tworzący cienkie powłoki, przezroczysty… Do tego w pewnym stopniu sprawdzony, ponieważ był stosowany już wcześniej na innych materiałach do ochrony przed różnymi czynnikami – korozją, utlenieniem, tarciem, bakteriami czy promieniowaniem elektromagnetycznym.
120 dni w wodzie – i odporność bez zmian
Otrzymaniem powłoki grafenowej na szkło zajęli się badacze z Center for Multidimensional Carbon Materials (CMCM), należącego do koreańskiego Intitute for Basic Science (IBS). Wyhodowali oni warstwy grafenu (w dwóch wariantach – o grubości jednego lub dwóch atomów) na miedzi, a następnie przenieśli je na szkło, powlekając z obu stron prostokątne szklane płytki.
Fot. American Chemical Society
Skuteczność grafenowej powłoki zbadano, zanurzając powleczone płytki na dłuższy czas w wodzie i porównując ich wygląd i właściwości ze szkłem niepowleczonym. Po 120 dniach zanurzenia w wodzie w temperaturze 60°C niepokryte próbki szkła posiadały chropowatą powierzchnię i liczne defekty, a także mniejszą odporność na pękanie. W przypadku płytek powlekanych (zarówno tych z pojedynczą, jak i podwójną warstwą grafenu) nie stwierdzono zmiany w odporności na pękanie i chropowatości powierzchni. Jak komentuje prof. Ruoff, dyrektor CMCM:
Naszym celem było wykazanie, że grafen wyhodowany metodą CVD na foliach miedzianych – to nowa, opracowana przez nas technika – może być naniesiony na szkło oraz stanowić dla niego skuteczną ochronę przed korozją. W przyszłości, kiedy możliwe będzie produkowanie większych i lepszych jakościowo arkuszy grafenu, oraz kiedy uda nam się zoptymalizować proces nanoszenia na szkło, prawdopodobnie tego typu powłoki będą już stosowane na skalę przemysłową.
Źródło: european-coatings.com
