Nanotechnologia

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