Fabricação e caracterização de óxido de grafeno

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 8946 (2023) Citar este artigo

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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 através da abordagem de intercalação de soluções. A análise termogravimétrica (TGA) revelou que a inclusão de nanopartículas 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 carregamento de GO (0,5% em peso) bloqueou completamente a irradiação recebida, 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 GO e PDMS na matriz polimérica melhorou 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 GO até 2% em peso apresentou excelente dispersão e distribuição uniforme das nanopartículas 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 no ambiente circundante, resultando na destruição da superfície metálica 1,2,3. Globalmente, a corrosão representa uma grande ameaça para a sociedade, prejudicial aos seres humanos e um importante problema industrial4,5,6. Além disso, foi relatado que é impossível prevenir completamente a corrosão, porém, 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 da corrosão em funcionamento, 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 de corrosão verde têm sido empregados para retardar ou inibir completamente a principal ocorrência eletroquímica que levou à degradação dos metais . Curiosamente, na indústria moderna, os revestimentos orgânicos têm sido amplamente adaptados para prevenir a corrosão de estruturas metálicas. Além disso, os revestimentos orgânicos apresentam características extraordinárias como baixo custo, excelente adesão a diversos substratos, alta estabilidade química e térmica, alta resistência elétrica, boa estabilidade dimensional, alta resistência à tração e alta densidade de reticulação, respectivamente. No entanto, existem algumas desvantagens em termos de protecção contra a corrosão, tais como fraca flexibilidade e resistência ao impacto, permeabilidade dos agentes corrosivos (por exemplo, oxigénio, água, iões cloreto, etc.) à interface revestimento/metal e a criação de microporos durante a preparação do revestimento. foi exibido por meio de revestimentos puros de resina epóxi. 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 amplamente relatado que revestimentos nanocompósitos com atributos hidrofóbicos e híbridos orgânicos-inorgânicos demonstraram uma melhoria significativa na vida útil de materiais suscetíveis à corrosão, o que resultou em enormes economias. Até o momento, para aumentar a vida útil dos materiais sob 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 de nanoestrutura de carbono hibridizada com um átomo de espessura \({sp}^{2}\) inspirou o mundo e ampliou o campo de aplicação de materiais compósitos15 ,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, à fraca dispersibilidade em solventes aquosos ou não aquosos, aos custos gerados pelos métodos de fabricação e à sua tendência a aglomerar-se quando utilizado em concentrações mais elevadas, respectivamente . . Além disso, as folhas de grafeno são quimicamente inertes, o que resultou na prevenção de diversas interações com as matrizes poliméricas, causando agregação prolongada de carga-carga em compósitos.