Fabrication et caractérisation de l'oxyde de graphène

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8946 (2023) Citer cet article

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Dans cette étude, des revêtements nanocomposites à base d'acrylique-époxy chargés avec différentes concentrations (0,5 à 3 % en poids) de nanoparticules d'oxyde de graphène (GO) ont été préparés avec succès via l'approche d'intercalation de solution. L'analyse thermogravimétrique (TGA) a révélé que l'inclusion de nanoparticules GO dans la matrice polymère augmentait la stabilité thermique des revêtements. Le degré de transparence évalué par la spectroscopie ultraviolet-visible (UV-Vis) a montré que le taux de charge le plus bas de GO (0,5% en poids) avait complètement bloqué l'irradiation entrante, entraînant ainsi une transmission nulle. En outre, les mesures de l'angle de contact avec l'eau (WCA) ont révélé que l'incorporation de nanoparticules GO et de PDMS dans la matrice polymère avait remarquablement amélioré l'hydrophobicité de la surface, présentant le WCA le plus élevé de 87,55º. De plus, le test de hachures croisées (CHT) a montré que tous les revêtements hybrides présentaient un excellent comportement d'adhérence de surface, recevant respectivement les notes 4B et 5B. De plus, les micrographies électroniques à balayage et émission de champ (FESEM) ont confirmé que la présence des groupes fonctionnels sur la surface GO facilitait le processus de fonctionnalisation chimique, ce qui conduisait à une excellente dispersibilité. La composition GO jusqu'à 2 % en poids a montré une excellente dispersion et une distribution uniforme des nanoparticules GO dans la matrice polymère. Par conséquent, les caractéristiques uniques du graphène et de ses dérivés sont apparues comme une nouvelle classe de nanocharges/inhibiteurs pour les applications de protection contre la corrosion.

La corrosion se produit lorsqu'un métal se détériore via des réactions de transfert de charge dans un environnement ambiant, entraînant ainsi la destruction de la surface métallique1,2,3. À l’échelle mondiale, la corrosion constitue une grande menace pour la société, nocive pour l’homme et constitue un problème industriel majeur4,5,6. De plus, il a été rapporté qu’il est impossible de prévenir complètement la corrosion, mais qu’elle ne peut être que minimisée et retardée7. Étant donné que la majorité des industries sont confrontées aux défis liés à la corrosion, des efforts importants ont été consacrés au développement de plusieurs étapes essentielles pour protéger les matériaux de la corrosion. De plus, malgré les nombreuses stratégies de prévention de la corrosion mises en œuvre, il reste toujours un besoin urgent d'augmenter encore la durée de vie des composants8. Par exemple, des méthodes telles que le traitement de surface, les revêtements protecteurs, la protection cathodique électrochimique et les inhibiteurs de corrosion verte ont été utilisées pour ralentir ou inhiber complètement le principal événement électrochimique ayant conduit à la dégradation des métaux9,10. Il est intéressant de noter que dans l’industrie moderne, les revêtements organiques ont été largement adaptés pour prévenir la corrosion des structures métalliques. De plus, les revêtements organiques présentent des caractéristiques extraordinaires telles qu'un faible coût, une excellente adhérence sur divers substrats, une stabilité chimique et thermique élevée, une résistance électrique élevée, une bonne stabilité dimensionnelle, une résistance à la traction élevée et une densité de réticulation élevée, respectivement. Néanmoins, certains inconvénients en termes de protection contre la corrosion tels qu'une mauvaise flexibilité et résistance aux chocs, la perméabilité des agents corrosifs (par exemple oxygène, eau, ions chlorure, etc.) à l'interface revêtement/métal et la création de micropores lors de la préparation du revêtement. a été exposé au moyen de revêtements soignés en résine époxy. Par conséquent, cela a entraîné une perte de l’adhérence du revêtement, ce qui a encore provoqué la détérioration du substrat revêtu10,11,12,13,14.

Ces dernières années, il a été maintes fois rapporté que les revêtements nanocomposites aux attributs hydrophobes et les hybrides organiques-inorganiques avaient démontré une amélioration significative de la durée de vie des matériaux sensibles à la corrosion, ce qui avait entraîné d'énormes économies. Jusqu'à présent, afin d'augmenter la durée de vie des matériaux dans des conditions environnementales extrêmes, l'objectif principal de l'industrie était de produire des revêtements robustes résistant à l'oxydation et à la corrosion. Par conséquent, par rapport aux revêtements traditionnels, l’ingénierie des matériaux nanostructurés a ouvert la voie à une voie prometteuse pour concevoir des revêtements anticorrosion respectueux de l’environnement qui ont montré leur capacité à durer beaucoup plus longtemps8. Découvert en 2005, un matériau bidimensionnel (2D), le graphène, composé d'une nanostructure de carbone hybridée \({sp}^{2}\) d'une épaisseur d'un atome, a inspiré le monde et élargi le champ d'application des matériaux composites15. ,16,17,18. De plus, ses caractéristiques distinctives telles qu'une surface spécifique élevée, une stabilité thermique et chimique, une inertie chimique, une imperméabilité à la diffusion ionique, une excellente conductivité électrique et une résistance mécanique élevée font de ce matériau un candidat prometteur pour le contrôle de la corrosion et la protection des métaux19,20,21. . Néanmoins, l'utilisation pratique du graphène a été limitée en raison de la difficulté d'immobiliser le graphène directement sur la surface métallique, de sa faible dispersibilité dans des solvants aqueux ou non aqueux, des coûts générés par les méthodes de fabrication et de sa tendance à s'agglomérer lorsqu'il est utilisé à des concentrations plus élevées, respectivement22. . De plus, les feuilles de graphène sont chimiquement inertes, ce qui empêche diverses interactions avec les matrices polymères, provoquant ainsi une agrégation étendue de charges dans les composites.

95 wt.%) and oxygen (< 2 wt.%) and bulk density of 0.04 g/ml was purchased from Sigma-Aldrich, Malaysia./p> 80%)47. Moreover, Bao et al. demonstrated that by just employing 0.7 wt.% of graphene in pristine polymer, a tenfold rise of the optical absorption of a composite was observed in an ultraviolet-near infrared (UV-NIR) range48. In other words, the tunability of optical properties plays a vital role for progress in the application development, however, there is a lack of literature in relation to the optical transmission/absorption of graphene-based composite materials since it has only been investigated in visible or NIR range. Hence, significant efforts are required to systematically investigate the influence of GO content on these properties. In this approach, the optical properties of GO-based coatings with variable concentrations (0.5–3 wt.% GO) in PDMS polymeric matrix were investigated. Furthermore, it was clearly observed that the lowest content of GO (0.5 wt.%) was sufficient to totally block the incoming irradiation. By referring to Table 1 and Fig. 1 respectively, it can be seen that the coating thickness for all samples was reported to be high, in the range between 123 to 477 µm. Therefore, it was expected that optical transmittance to be extremely low, as illustrated in Fig. 3. Alternatively, Qi Wang et al. investigated the optical transmittance of the PDMS based microcrystalline graphite powder composites samples having different concentrations of graphite powder (0.15%, 0.25% and 0.42%) within the 300–1000 nm wavelength range49. The results were compared with sample containing pure PDMS. Here, it was observed that the pure PDMS sample exhibited 90% transmittance, however, the sample containing the highest content of graphite powder (0.42%) exhibited the lowest transmittance close to zero percent49. In other words, by incorporating higher content of graphene and GO nanoparticles, the thickness of the coating/film will increase, thus, resulting the optical transmittance to be extremely low (approaching zero percent). Furthermore, in another study, Zeranska-Chudek et al. reported similar trends at 0.5 wt.% graphene loading, whereby the drop of transmittance reached a saturation point, in this case zero percent transmittance, where no light was transmitted by this coating sample, thus, making it completely opaque in the range between 200 to 800 nm50. In addition, it was further demonstrated that the samples containing the lowest graphene content (< 0.02 wt.%) were almost fully transparent, however, as the content of graphene increased to 1.5 wt.%, the composite totally blocked the visible light50. Intuitively, the addition of graphene/GO nanoparticles into the polymer matrix lowered the transparency almost evenly, without changing the shape of the spectra. Hence, all the coating samples exhibited similar feature to single or multi-layered GO composite coating sample in the UV-IR range. In short, due to the relatively high thickness of the coating samples and with the increment of GO addition into the polymer matrix, this resulted the optical transmittance to be unmeasurable./p> 2 wt.%), which resulted the CA values to slightly decrease./p>

3.0.CO;2-D" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291097-4628%2819990124%2971%3A4%3C585%3A%3AAID-APP10%3E3.0.CO%3B2-D" aria-label="Article reference 3" data-doi="10.1002/(SICI)1097-4628(19990124)71:43.0.CO;2-D"Article CAS Google Scholar /p>