Nanotechnologia

Nanoskalowe spojrzenie na korozję w czasie rzeczywistym

Co ma wpływ niemal na wszystkie rzeczy z metalu, od samochodów po łodzie do podziemnych rur, a nawet z wypełnieniem w zębach? Korozja, czyli  powolny proces rozkładu. Przy globalnym koszcie bilionów dolarów rocznie nosi ona znaczną cenę, nie mówiąc już o potencjalnych zagrożeniach związanych z bezpieczeństwem, środowiskiem i zdrowiem, jakie stwarza.

„Korozja była głównym problemem przez bardzo długi czas” – powiedział profesor Jacob Israelechvili z UC Santa Barbara. Zwłaszcza w ciasnych przestrzeniach – cienkie luki między częściami maszyny, obszar styku między metalem a metalową płytą, za uszczelkami i pod nimi, szwy, w których spotykają się dwie powierzchnie – ścisła obserwacja takiego rozpuszczania elektrochemicznego była ogromnym wyzwaniem – dodał.

Używając urządzenia o nazwie SFA (Space Apparatus Devices) opracowanego przez Israelachvili, on i jego zespół badawczy zbadali proces korozji szczelinowej i wżerowej, a także mogli zobaczyć w czasie rzeczywistym proces korozji na zamkniętych powierzchniach. Prowadzony z doktoratem Howard Dobbs i naukowcem projektu Kai Kristiansen z UCSB oraz absolwentami Claudia Merola i Kai Schwensfeier z Max-Planck-Institut für Eisenforschung w Düsseldorfie badanie opublikowane zostało w czasopiśmie Akademii Nauk.

„Dzięki SFA możemy precyzyjnie określić grubość naszej metalowej folii i śledzić rozwój procesu korozji wraz z upływem czasu”, powiedział Kristiansen. Konfiguracja dokonana przez badaczy pozwoliła im również kontrolować skład soli roztworu oraz temperaturę, a także potencjał elektryczny powierzchni niklu.

W tym eksperymencie badacze badali film niklowany na powierzchni miki. Skupili się na wszczęciu korozji – punkcie, w którym metalowa powierzchnia zaczyna się rozpuszczać. Zaobserwowali, że degradacja materiału nie zachodzi w jednolity sposób. Raczej pewne obszary – miejsca, w których występowały prawdopodobnie pęknięcia mikroskopowe i inne wady powierzchni –  doświadczały silnej korozji miejscowej, powodując nagłe pojawienie się wgłębień.

„Pierwszy krok w procesie korozji jest zazwyczaj bardzo ważny, ponieważ mówi, że każda warstwa ochronna została uszkodzona, a materiał podłoża jest wystawiony na działanie roztworu” – powiedział Dobbs. Stąd, zdaniem naukowców, korozja rozprzestrzenia się z dołów i często robi to szybko, ponieważ materiał podłoża nie jest tak odporny na korozję.

„Jednym z najważniejszych aspektów naszego odkrycia jest znaczenie elektrycznej różnicy potencjałów między filmem, który jest przedmiotem zainteresowania, a stosowną powierzchnią w zainicjowaniu korozji”, dodał Kristiansen. Gdy różnica potencjałów elektrycznych osiągnie pewną wartość krytyczną, najprawdopodobniej korozja rozpocznie się i szybciej się rozprzestrzeni. W tym przypadku film niklowy doświadczył korozji, podczas gdy bardziej chemicznie obojętna mika pozostała cała.

Badania nad mechanizmami korozji w czasie rzeczywistym, w mikro- i nanoskali stanowią cenne informacje, na których naukowcy mogą się opierać, co może prowadzić do powstania modeli i przewidywań, jak i kiedy materiały w zamkniętych przestrzeniach prawdopodobnie ulegną korozji.

„Zasadniczo jest to kwestia przedłużenia żywotności metali i urządzeń”, powiedział Israelachvili. Szczególnie w tych czasach, w których urządzenia mogą być bardzo małe, a nawet można je umieścić w ciele. Dodał, że zrozumienie prawidłowo chronione, podatne na korozję powierzchnie, zmniejszą potrzebę ich wymiany ze względu na uszkodzenia.

 

Źródło artykułu: https://nano-magazine.com

Źródło grafiki: http://pl.freeimages.com

Podobne artykuły

Single wall carbon nanotubes are on the fast track to displacing carbon black, multi wall carbon nanotubes, carbon fibers and other conventional additives from their dominant position in the additives...
Naukowcy z Binghamton University pracują nad urządzeniami elektronicznymi, które można nadrukować za pomocą technologii druku atramentowego na elastycznych podłożach. W porównaniu do tradycyjnych metod używanych w mikroelektronice, ta nowa technologia utrwala materiały i jest przyjazna dla środowiska....