Esnek cihazlar düşünülerek yapılmış bir kükürt ve selenyum yalıtkanı yeni işlevini, çelik için antikorozif bir kaplama olarak bulmuş olabilir. Rice Üniversitesi malzeme laboratuvarı
bilim insanı Pulickel Ajayan tarafından geliştirilen bileşik, çoğu esnek malzemeden daha fazla dielektrik (yalıtkan) ve çoğu dielektrikten daha esnek olduğunu kanıtladı ve bu da onu bükülebilir cep telefonları gibi elektronik bileşenler için iyi bir aday haline getirdi.
Aynı zamanda, malzeme yaratıcılarının düşünmesini sağladı: Başka ne yapabilir?
Çalışmanın baş araştırmacısı ve George R. Brown School’da malzeme bilimi ve nanomühendislik yardımcı araştırma profesörü olan malzeme bilimcisi Muhammed Rahman, “Malzemeyi ilk kez rapor etmeden önce bile, daha fazla uygulama arıyorduk.
Biz de tuzlu suya koyalım ve ne olduğunu görelim dedik”. Rice lisansüstü öğrencisi ve yardımcı yazar M.A.S.R. Saadi de, “Tüm bunların ötesinde, viskoelastik kaplamanın kendi kendini iyileştirdiğini gördük” diye belirtti.
Advanced Materials’da bulunan Rice ve Güney Dakota Maden ve Teknoloji Okulu’ndaki deneylerin sonuçları, altyapı için - binalar, köprüler ve çelikten yapılmış suyun üstünde
veya altında herhangi bir şey - elementlerden korunma için gerektiren bir nimet olabilir.
Araştırmacılar, kükürt-selenyumun, nem ve klor iyonlarını engelleyen, ancak sülfat indirgeyen biyofilmleri ve abiyotik koşullar altında çeliği koruyan, ancak mikropların neden olduğu korozyona karşı hassas olan polimer bazlı kaplamalar dışında, çinko ve krom bazlı bileşikler gibi inorganik kaplamaların en iyi özelliklerini birleştirdiğine dikkat çekti.
Malzemenin ilk testinde, Araştırmacılar, küçük ortak “yumuşak çelik” levhalarını kükürt-selenyum alaşımıyla kapladılar ve kontrol için düz bir çelik parçasıyla her ikisini de bir ay boyunca deniz suyuna maruz bıraktılar. Kaplanmış çelikte renk değişikliği veya başka bir değişiklik görülmedi, ancak çıplak çelik önemli ölçüde paslandı.
Kaplama, daldırıldığında oksidasyona karşı oldukça dirençli olduğunu kanıtladı. Korozyonu abiyotik saldırganlardan 90 kat daha hızlı hızlandırdığı bilinen sülfat indirgeyen bakterilere karşı test etmek için kaplanmış ve kaplanmamış numuneler 30 gün boyunca plankton ve biyofilmlere maruz bırakıldı.
Araştırmacılar, kaplama için %99,99’luk bir “engelleme verimliliği” hesapladılar. Pirinç bileşiği ayrıca, yaklaşık 100 mikronluk benzer kalınlığa sahip ticari kaplamalarla karşılaştırıldığında iyi performans gösterdi ve saldırganları savuştururken çeliğe kolayca yapıştı.
Son olarak, bir filmi ikiye bölerek ve parçaları bir ocak gözü üzerine yan yana yerleştirerek alaşımın kendi kendini iyileştirme özelliklerini test ettiler. Ayrılan parçalar, yaklaşık 70 santigrat dereceye (158 Fahrenhayt derece) ısıtıldığında yaklaşık 2 dakika içinde tek bir filme yeniden bağlandı ve tıpkı orijinal film gibi katlanabiliyordu.
İğne deliği kusurları, 130°C’de (266 F) 15 dakika ısıtılarak iyileştirildi. İyileştirilmiş
alaşımlarla yapılan müteakip testler, saf kaplamaların yanı sıra çeliği de koruma yeteneklerini kanıtladı.
Rahman, “Alaşıma bastırdığınızda, iyileşir” dedi. “Hızlı bir şekilde iyileşmesi gerekiyorsa, ısı kullanarak yardımcı oluyoruz. Ancak zamanla, çoğu kalın numune kendi kendine düzelecektir.”
Laboratuvarın hala yaklaşık 100 mikronluk ince tabakaların yardım almadan iyileşip iyileşmeyeceğini test etmesi gerektiğini söyledi. Laboratuvar, çelik çeşitleri için malzemeyi değiştiriyor ve kaplama tekniklerini araştırıyor.
Ajayan, “İlk hedef yapılardır, ancak elektronik endüstrisinin korozyonla ilgili bazı problemlerle karşı karşıya olduğunun farkındayız.” dedi. “Fırsatlar var.” Makalenin diğer yardımcı yazarları, şu anda Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’nda doktora sonrası araştırmacı olan Rice mezunu Sandhya Susarla ve Güney Dakota Maden ve Teknoloji Okulu’ndan teknoloji mühendisi Govind Chilkoor ve araştırma bilimcisi Jawahar Kalimuthu’dur.
Ortak yazarlar, Rice mezunları Yufei Cui ve Thierry Tsafack, doktora sonrası araştırmacılar Anand Puthirath ve Soumyabrata Roy, yüksek lisans öğrencileri Samuel Castro Pardo
ve Morgan Barnes ve kimya ve biyomoleküler mühendislik ile malzeme bilimi ve nanomühendislik profesörü Rafael Verduzco; Güney Dakota Maden ve Teknoloji Okulu’ndan
Pawan Sigdel ve Bharat Jasthi; Toronto Üniversitesi’nden Taib Arif, Parambath Sudeep, Aly Hassan ve Tobin Filleter; Buffalo’daki New York Eyalet Üniversitesi’nden Leiqing Hu ve Haiqing Lin; Calgary Üniversitesi’nden Md Golam Kibria; ve George Washington Üniversitesi’nden Santiago Solares.
Yardımcı baş araştırmacılar Rensselaer Politeknik Enstitüsü’nden Nikhil Koratkar ve Güney Dakota Maden ve Teknoloji Okulu’ndan Venkataramana Gadhamshetty’dir. Ajayan, Benjamin M. ve Mary Greenwood Anderson Mühendislik Profesörü ve malzeme bilimi ve nano mühendislik, kimya ve kimya ve biyomoleküler mühendislik profesörüdür.
Ulusal Bilim Vakfı (1454102, 1849206, 1920954) ve NASA (NNX16AQ98A) araştırmayı destekledi.
Kaynak: Materials provided by Rice University. Journal Reference: Sandhya Susarla, Govinda Chilkoor, Jawahar R. Kalimuthu, M. A. S. R. Saadi, Yufei Cui, Taib Arif, Thierry Tsafack, Anand B. Puthirath, Pawan Sigdel, Bharat Jasthi, Parambath M. Sudeep, Leiqing Hu, Aly Hassan, Samuel Castro‐Pardo, Morgan Barnes, Soumyabrata Roy, Rafael Verduzco, Md Golam Kibria, Tobin Filleter, Haiqing Lin, Santiago D. Solares, Nikhil Koratkar, Venkataramana Gadhamshetty, Muhammad M. Rahman, Pulickel M. Ajayan. Corrosion Resistance of Sulfur–Selenium Alloy Coatings. Advanced Materials, 2021; 2104467 DOI: 10.1002/adma.202104467 Rice University. “Anticorrosion coating sets new benchmark: Engineers develop flexible, self-healing material to protect steel from the elements.” ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/ 2021/10/211018172217.htm (accessed January 4, 2022).
