Fabbricazione di eco

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 10530 (2022) Citare questo articolo

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I rivestimenti superidrofobici sono stati fabbricati con successo su substrati di acciaio utilizzando l'elettrodeposizione potenziostatica di rivestimenti Ni e Ni-grafene, Ni-G, seguita dall'immersione in una soluzione etanolica di acido stearico, SA. La paglia di riso, una risorsa di biomassa rispettosa dell’ambiente, è stata utilizzata per sintetizzare grafene di alta qualità. Gli spettri Raman hanno dimostrato l'alta qualità del grafene prodotto. I risultati della spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier, FTIR, hanno mostrato che il rivestimento di Ni innestato con acido stearico, Ni-SA, e il composito Ni-G innestato con acido stearico, Ni-G-SA, sono stati depositati con successo sul substrato di acciaio. I risultati del microscopio elettronico a scansione, SEM, hanno mostrato che i rivestimenti superidrofobici preparati presentano strutture micro-nano. I risultati della bagnabilità hanno rivelato che i valori degli angoli di contatto, CA, per i rivestimenti Ni-SA e Ni-G-SA sono 155,7° e 161,4°, mentre i valori degli angoli di scorrimento, SA, per entrambi i rivestimenti sono 4,0° e 1,0°, rispettivamente. La resistenza alla corrosione, la stabilità chimica e la resistenza all'abrasione meccanica del rivestimento Ni-G-SA sono risultate superiori a quelle del rivestimento Ni-SA.

Le superfici estremamente non bagnabili sono uno degli aspetti più interessanti della natura. A causa della viscosità estremamente bassa, le gocce liquide sulle superfici naturali non bagnabili formano una forma sferica e rotolano via istantaneamente dalla superficie1. Le superfici estremamente idrorepellenti che presentano un angolo di contatto maggiore di 150° sono notoriamente note come superfici superidrofobiche2. Le superfici superidrofobiche hanno suscitato molto interesse a causa della loro importanza nella scienza fondamentale e nelle applicazioni industriali. Le superfici superidrofobiche hanno una varietà di applicazioni come la separazione olio-acqua3, antighiaccio4, autopulente5, resistenza alla corrosione6, riduzione della resistenza aerodinamica7, sensori8, celle solari9, biomedica10, dispositivi microfluidici11 e tecnologie antivegetative12. È possibile creare diversi rivestimenti superidrofobici con notevole idrorepellenza migliorando la ruvidità superficiale, che è il primo requisito per la superidrofobicità e diminuendo l'energia superficiale, che è il secondo requisito per la superidrofobicità13. Creare una superficie con queste caratteristiche può essere difficile, soprattutto quando sono presenti problemi ambientali e di sicurezza del consumatore. Storicamente, il materiale a bassa energia superficiale utilizzato sono composti perfluorurati, inclusi fluorosilani o molecole di fluorocarburi, a causa della loro energia superficiale ultrabassa (≈ 10 mJ m−2)14. Tuttavia, è stato dimostrato che l'utilizzo di tali fluorocarburi a catena lunga è molto tossico e possiede effetti ambientali negativi quali persistenza, biomagnificazione e bioaccumulo2,14,15,16,17. Pertanto, è necessario sviluppare metodi a basso costo ed ecocompatibili e materiali rispettosi dell’ambiente nella fabbricazione di superfici superidrofobiche18. Ilker S. Bayer ha recentemente pubblicato una revisione che esamina numerosi approcci praticabili per la fabbricazione di rivestimenti superidrofobici e persino superoleofobici utilizzando tecnologie rispettose dell'ambiente e componenti biodegradabili come cere, lipidi, proteine ​​e cellulosa14. Questa revisione spiega, valuta ed esamina tali progressi e le loro prestazioni rispetto agli approcci tradizionali.

Per la preparazione di rivestimenti superidrofobici sono stati proposti vari metodi, tra cui l'immersione19, l'elettrofilatura20, l'elettrodeposizione6, l'autoassemblaggio degli strati21, l'attacco al plasma4, la deposizione chimica in fase vapore22, l'ossidazione anodica elettrochimica23, la separazione di fase24, l'immersione25, la spruzzatura2 e i metodi sol-gel26. L'elettrodeposizione è una tecnica eccellente per la costruzione di superfici artificiali superidrofobiche grazie al suo processo a bassa temperatura, pulito, a basso costo, semplicità e nanostruttura controllabile6.

L'acciaio ha una vasta gamma di applicazioni grazie alla sua elevata resistenza meccanica e al prezzo relativamente basso. Tuttavia presenta elevate attività elettrochimiche e chimiche di attacco corrosivo27,28. In generale, la corrosione è considerata uno dei problemi più gravi delle nostre società, con implicazioni economiche e di sicurezza29,30,31. Molte tecniche protettive possono essere utilizzate per proteggere le superfici in acciaio28,32; uno dei più significativi è la fabbricazione di rivestimenti superidrofobici, che aumentano significativamente la resistenza alla corrosione dell'acciaio33,34.