Fabricação e caracterização de óxido de grafeno

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8946 (2023) Citar este artigo

453 acessos

Detalhes das métricas

Neste estudo, revestimentos nanocompósitos à base de acrílico-epóxi carregados com diferentes concentrações (0,5–3% em peso) de nanopartículas de óxido de grafeno (GO) foram preparados com sucesso por meio da abordagem de intercalação de solução. A análise termogravimétrica (TGA) revelou que a inclusão de nanopartículas de GO na matriz polimérica aumentou a estabilidade térmica dos revestimentos. O grau de transparência avaliado pela espectroscopia ultravioleta-visível (UV-Vis) mostrou que a menor taxa de carga de GO (0,5% em peso) bloqueou completamente a irradiação de entrada, resultando em zero por cento de transmitância. Além disso, as medições do ângulo de contato com a água (WCA) revelaram que a incorporação de nanopartículas de GO e PDMS na matriz polimérica aumentou notavelmente a hidrofobicidade da superfície, exibindo o maior WCA de 87,55º. Além disso, o teste de hachura cruzada (CHT) mostrou que todos os revestimentos híbridos exibiram excelente comportamento de adesão superficial, recebendo classificações 4B e 5B, respectivamente. Além disso, as micrografias de microscopia eletrônica de varredura por emissão de campo (FESEM) confirmaram que a presença dos grupos funcionais na superfície do GO facilitou o processo de funcionalização química, o que levou a uma excelente dispersibilidade. A composição de GO até 2% em peso apresentou excelente dispersão e distribuição uniforme das nanopartículas de GO dentro da matriz polimérica. Portanto, as características únicas do grafeno e seus derivados surgiram como uma nova classe de nanocargas/inibidores para aplicações de proteção contra corrosão.

A corrosão ocorre quando um metal se deteriora por meio de reações de transferência de carga em um ambiente circundante, resultando na destruição da superfície do metal1,2,3. Globalmente, a corrosão tem possuído uma grande ameaça à sociedade, prejudicial aos seres humanos e um grande problema industrial4,5,6. Além disso, foi relatado que é impossível prevenir completamente a corrosão, no entanto, ela só pode ser minimizada e retardada7. Como a maioria das indústrias enfrenta desafios relacionados à corrosão, esforços significativos foram dedicados ao desenvolvimento de várias etapas vitais para proteger os materiais da corrosão. Além disso, apesar de existirem inúmeras estratégias de prevenção de corrosão em operação, ainda existe uma enorme necessidade de aumentar ainda mais a vida útil dos componentes8. Por exemplo, métodos como tratamento de superfície, revestimentos protetores, proteção catódica eletroquímica e inibidores verdes de corrosão têm sido empregados para retardar ou inibir completamente a principal ocorrência eletroquímica que levou à degradação de metais9,10. Curiosamente, na indústria moderna, os revestimentos orgânicos têm sido amplamente adaptados para prevenir a corrosão de estruturas metálicas. Além disso, os revestimentos orgânicos possuem características extraordinárias, como baixo custo, excelente adesão em vários substratos, alta estabilidade química e térmica, alta resistência elétrica, boa estabilidade dimensional, alta resistência à tração e alta densidade de reticulação, respectivamente. No entanto, algumas desvantagens em termos de proteção contra corrosão, como baixa flexibilidade e resistência ao impacto, permeabilidade dos agentes corrosivos (por exemplo, oxigênio, água, íons cloreto etc.) para a interface revestimento/metal e a criação de microporos durante a preparação do revestimento foi exibido por meio dos revestimentos de resina epóxi pura. Portanto, isso resultou na perda da adesão do revestimento, o que causou ainda mais a deterioração do substrato revestido10,11,12,13,14.

Nos últimos anos, tem sido relatado que revestimentos nanocompósitos com atributos hidrofóbicos e híbridos orgânico-inorgânicos demonstraram aumento significativo na vida útil de materiais suscetíveis à corrosão, o que resultou em enormes economias. Até o momento, para aumentar a vida útil dos materiais em condições ambientais extremas, o principal objetivo da indústria era produzir revestimentos robustos resistentes à oxidação e à corrosão. Portanto, em comparação com os revestimentos tradicionais, a engenharia de materiais nanoestruturados permitiu um caminho promissor para projetar revestimentos anticorrosivos ecologicamente corretos que demonstraram capacidade de durar muito mais tempo8. Descoberto em 2005, um material bidimensional (2D), o grafeno, composto por uma nanoestrutura de carbono hibridizada \({sp}^{2}\) de espessura de um átomo, inspirou o mundo e ampliou o campo de aplicação de materiais compostos15 ,16,17,18. Além disso, suas características diferenciadas, como alta área superficial específica, estabilidade térmica e química, inércia química, impermeabilidade à difusão de íons, excelente condutividade elétrica e alta resistência mecânica tornam este material um candidato promissor para controle de corrosão e proteção em metal19,20,21 . No entanto, o uso prático do grafeno tem sido limitado devido à dificuldade em imobilizar o grafeno diretamente na superfície do metal, baixa dispersibilidade em solventes aquosos ou não aquosos, custos gerados pelos métodos de fabricação e sua tendência a aglomerar quando usado em concentrações mais altas, respectivamente22 . Além disso, as folhas de grafeno são quimicamente inertes, portanto, isso resultou na prevenção de várias interações com as matrizes poliméricas, causando agregação extensa de carga-carga em compósitos.