Fabrication et test d'un noyau SiO2@ZnO multifonctionnel

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 12321 (2023) Citer cet article

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Nous rapportons le développement d'un système de revêtement reposant sur l'incorporation de nanosphères cœur-coquille SiO2@ZnO dans des supports en polyuréthane comme une nouvelle approche pour atteindre la longévité et la durabilité dans le transport maritime. Ce revêtement polymère a montré une amélioration significative de la résistance à l'abrasion de la surface, la transition d'un état hydrophile à un état hydrophobe (~ 125,2° ± 2°), des effets antifongiques, antibactériens et antialgues améliorés qui rendent le revêtement proposé idéal pour protéger les surfaces en acier contre le biofouling. Pour étayer nos affirmations, nous avons effectué la diffraction des rayons X, la microscopie électronique à transmission, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, la microscopie acoustique à balayage, l'analyse thermogravimétrique (ATG), les mesures d'angle de contact, les tests antimicrobiens (antialgal, antibactérien, antifongique) et les tests d'abrasion Taber (ASTM). D1044 et D4060) pour mettre en valeur la fonctionnalité mécanique et biologique ainsi que la configuration d'adhérence de ce revêtement. L'analyse de l'usure du revêtement abrasé Taber par SEM et microscopie optique a montré une amélioration significative de l'adhésion et de la résistance au cisaillement obtenues par les nanosphères noyau-coquille SiO2@ZnO incorporant un revêtement PU, ce qui était une caractéristique contrastante par rapport à l'utilisation de PU seul. Les investigations globales que nous avons effectuées nous ont amenés à découvrir que l'ajout de 4 % (en poids) de nanoparticules noyau-coquille SiO2@ZnO au support PU déposé sur la surface de l'acier à faible teneur en carbone démontrait des performances antimicrobiennes remarquables avec presque aucune croissance bactérienne, des réductions significatives. en croissance pour les algues à environ 90 % et pour les champignons à environ 95 %.

Les surfaces de divers produits utilisés commercialement, tels que les véhicules de transport automobile et commercial, l'acier de construction pétrolier et gazier offshore et terrestre, les navires, les modules d'hébergement, les éléments extérieurs de pipelines, les structures en acier architecturales et structurelles de vente au détail et commerciales, sont recouvertes de revêtements polymères pour leur offrir une meilleure fonctionnalité. Les revêtements polymères peuvent être protecteurs (anticorrosion), esthétiques (peinture) ou ajouter de nouvelles fonctionnalités (adhésifs, films photographiques). Les revêtements polymères, qui sont principalement constitués de matériaux organiques, lorsqu'ils sont mélangés avec des métaux ou des céramiques ou une combinaison de ceux-ci, entraînent la formation de revêtements nanocomposites qui peuvent encore améliorer l'utilité et la durabilité d'un composant1,2. Des revêtements hautes performances et ultra-durables sont nécessaires pour les applications extérieures, car la photodégradation réduit l'endurance d'un revêtement polymère. Une nouvelle innovation en matière de matériaux qui a commencé à apparaître dans le domaine des systèmes de revêtement est le mélange de nanosphères/nanoparticules cœur-coquille dans un milieu parent. Une nanosphère cœur-coquille est essentiellement une nanoparticule composite comportant un noyau solide ou creux à l'intérieur et un autre matériau déposé sous forme de coque. Ainsi, deux états de la matière sont dérivés qui sont entrecoupés d'un troisième état de la matière tel qu'un support polymère dans un certain pourcentage en poids pour obtenir une avalanche de nouvelles fonctionnalités qui ne peuvent être obtenues ni par la matrice mère ni par les matériaux cœur-coquille. seul3. Le diagramme schématique illustrant le concept fondamental des nanoparticules cœur-coquille peut être vu à partir des informations supplémentaires (voir Fig S1).

Le noyau-coque (CS) est un matériau biphasé avec une structure de noyau interne et une coque extérieure. Ainsi, les nanoparticules cœur/coquille sont des matériaux fonctionnels qui peuvent être ajustés pour obtenir des propriétés souhaitables4. Parfois, les caractéristiques résultant des matériaux du noyau ou de l’enveloppe peuvent être très différentes. Les matériaux constitutifs ou le rapport noyau/coque peuvent être modifiés pour modifier les caractéristiques. Les attributs de la particule centrale, tels que la réactivité ou la stabilité thermique, peuvent être modifiés par le revêtement du matériau de l'enveloppe, augmentant ainsi la stabilité et la dispersibilité de la particule centrale. Les particules noyau-coquille traitées présentent des qualités distinctives. Cela est particulièrement vrai en ce qui concerne la capacité inhérente à ajuster les fonctionnalités de surface pour satisfaire les différents besoins des applications. La formation d'une coque sur la particule centrale sert à diverses fins, notamment la modification de la surface, la capacité à améliorer la fonctionnalité, la stabilité, la dispersibilité, la libération contrôlée du noyau, la réduction de la consommation de matériaux précieux, etc.5.