物理科技生物学-PHYICA

工程师们开发出柔性的、自愈合的材料来保护钢不受自然环境的叶山真纪影响

化学 2022-08-11 00:02:11

作者:莱斯大学迈克·威廉姆斯 莱斯大学研究生M

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Saadi在钢表面涂上一层硫和硒的化合物,以测试其保护表面免受生物和非生物污染的能力

信用:杰夫·菲特洛 一种考虑到柔性装置的硫和硒绝缘体可能已经找到了它真正的命运:作为钢的防腐涂层

由莱斯大学材料实验室科学家普利克尔·阿贾扬开发的这种化合物证明了它比大多数柔性材料更具介电性(绝缘性),也比大多数电介质更具柔韧性,这使得它成为可弯曲手机等电子元件的良好候选材料

与此同时,这种材料的创作者在想:它还能做什么? “甚至在我们第一次报道这种材料之前,我们就在寻找更多的应用,”材料科学家穆罕默德·拉赫曼说,他是这项研究的首席研究员,也是乔治·R

布朗工程学院

“所以我们想,让我们把它放在盐水里,看看会发生什么,”他说

“最重要的是,我们发现粘弹性涂层是自愈合的,”莱斯研究生和合著者M

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赖斯和南达科他矿业与技术学院在《先进材料》中发现的实验结果,可能会对基础设施有所裨益——建筑物、桥梁以及任何高于或低于水面的钢铁建筑——这些建筑需要保护,免受自然环境的影响

一幅插图展示了将粉状硫和硒结合成一种化合物的简单过程,这种化合物能够保护低碳钢免受各种元素的影响

信用:阿贾扬研究小组 研究人员指出,硫硒结合了无机涂层的最佳性能,如锌基和铬基化合物,可以阻挡钼离子和氯离子,但不能减少硫酸盐生物膜,以及聚合物基涂层,可以在非生物条件下保护钢,但容易受到微生物引起的腐蚀

在对这种材料的第一次测试中,实验室在普通“低碳钢”的小平板上涂上硫硒合金,并用一块普通的钢板进行控制,两者都沉入海水中一个月

他们报告说,涂层钢没有变色或其他变化,但裸钢明显生锈

该涂层被证明在浸没时高度抗氧化

为了测试硫酸盐还原菌(众所周知,硫酸盐还原菌加速腐蚀的速度比非生物攻击者快90倍),将有涂层和无涂层的样品暴露在浮游生物和生物膜中30天

研究人员计算出涂层的“抑制效率”为99

99%

与厚度约为100微米的商用涂料相比,这种大米混合物的性能也很好,很容易粘附在钢铁上,同时抵御攻击者

最后,他们测试了这种合金的自愈性能,方法是将一层薄膜切成两半,然后将两片放在一个加热板上

当加热到大约70摄氏度(158华氏度)时,分离的部分在大约两分钟内重新连接成一个薄膜,并且可以像原始薄膜一样折叠

针孔缺陷通过在130摄氏度(266华氏度)下加热15分钟来修复

随后对修复合金的测试证明了它们保护钢的能力和原始涂层一样好

拉赫曼说:“如果你戳一下合金,它就会恢复。”

“如果它需要快速恢复,我们会利用热量帮助它

但是随着时间的推移,大多数厚样本会自行恢复

他说,实验室仍然需要测试大约100微米的薄层在没有帮助的情况下是否会愈合

实验室正在调整各种钢材的材料,并研究涂层技术

Ajayan说:“第一个目标是结构,但我们意识到电子行业面临着一些同样的腐蚀问题。”

“机会是有的

"

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