صفائح نيتريد البورون النانوية هي تقنية ناشئة تُقاوم التآكل الذري. مادة بسُمك ذرة واحدة، أرقّ من شعرة الإنسان بحوالي 10,000 مرة، تحمي أسطح معداتك بفعالية من التآكل!
ال نتريد البورون تتميز المادة النانوية بموصلية حرارية قوية، وعزل كهربائي، ومقاومة عالية لدرجات الحرارة العالية. ولا تنكسر الشبكات النووية العازلة (BNNs) تحت الضغوط الميكانيكية الشديدة، وتتمتع بسلامة حرارية عالية، وخمول كيميائي.
في هذا الدليل، سنكشف عن خصائص الشبكات النووية المتروكة (BNNs) ونشرح لماذا يجب أن تكون هذه المادة النانوية جزءًا من ترسانة مضادات التآكل لديك. كما سنحلل دراسة حالة للشبكات النووية المتروكة (BNNs) عند ترسبها على الفولاذ الصلب. لاحقًا، سنتناول الآفاق المستقبلية لصفائح نيتريد البورون النانوية.
دعونا نبدأ!
صفائح نانوية من نيتريد البورون لحماية المعادن
صفائح نانوية من نيتريد البورون نكون طبقات مفردة من نتريد البورون مرتبة في هيكل سداسيوهي نوع من المواد النانوية ثنائية الأبعاد ذات خصائص ميكانيكية وكيميائية ممتازة تأتي من نيتريد البورون.
المواد ثنائية الأبعاد هي طلاءات فعالة مضادة للتآكل للنحاس[1] والصلب والمعادن الأخرى. تعمل إما كحشوات في المواد المركبة أو تُستخدم كطلاءات.
تُطبّق بعض الصناعات طلاء BNNs الخالي من المواد الرابطة مباشرةً على سطح المعدن، بينما تُضيفه صناعات أخرى إلى طلاءاتها القائمة على المواد الرابطة.
1. كيف تمنع صفائح نيتريد البورون النانوية التآكل
عادةً، تتمتع صفائح نيتريد البورون متعددة الطبقات ذات سمك يصل إلى 10 نانومتر بخصائص حاجزة متفوقة، بما في ذلك مساحة سطح كبيرة. وهي ميزة تفتقر إليها معظم علاجات التآكل التقليدية.
يقدم هيكلها ثنائي الأبعاد أبعاد استثنائية للاستخدام كحشو أو كطلاء نانوي مركب.
تُظهر صفائح نيتريد البورون النانوية خصائص ميكانيكية من الدرجة الأولى، بما في ذلك ~معامل الانحناء 32 جيجا باسكال و الموصلية الحرارية تصل إلى 2000 واط/م كلفنهذه الميزات تجعلها فعالة في البيئات الحرارية القاسية.
بسبب عدم نفاذيتها، فإن طبقة حاجز النانو من BN هي مستقرة كيميائيًا وقوية لقوتها روابط سيجما. يساهم عدم وجود روابط متدلية في صفائح BN النانوية في قوتها وقدرتها على التحمل حتى في ظروف العمل القاسية.
2. مزايا صفائح نيتريد البورون النانوية
-
نفاذية عالية: توفر مادة BN النانوية طلاءً لا يقهر ولا يسمح للمواد أو الجزيئات الخارجية بالتغلغل من خلاله
-
العزل الكهربائي: لا تسبب التآكل الجلفاني
-
الاستقرار الحراري: لا تخضع شبكات BNNs للتحولات الطورية أو التدهور في الظروف الحرارية القاسية، مما يعزز طول عمر المعدن الأساسي
-
الاستقرار الكيميائي: إنها تتمتع بمقاومة للأكسدة تصل إلى أكثر من 800 درجة مئوية، مما يجعلها مثالية للاستخدام في ظروف العمل الكيميائية ودرجات الحرارة العالية.
-
فجوة النطاق العريض (5-6 إلكترون فولت): تنويع تطبيقات المعدات المعدنية، بما في ذلك الصناعات ذات الظروف ذات الجهد العالي ودرجات الحرارة العالية.
-
غير سامة: تعتبر BNNs مادة آمنة بيئيًا مقارنة بالمواد السامة مثل الكروم
دراسة حالة لصفائح نانوية من نيتريد البورون السداسي (h-BN) لحماية سطح الفولاذ الصلب
في هذه الدراسة، تم ترسيب صفائح نانوية من نتريد البورون بنجاح على الفولاذ الصلب باستخدام الترسيب الكيميائي للبخار (CVD). خضع الطلاء، المكون من 80% BNNs، للترسيب عند درجة حرارة 1200 درجة مئوية. تم تنظيف شرائح الفولاذ الطري باستخدام 5% HCl وNaOH.
الملاحظات:
المصدر: researchgate.net
الشكل (أ) يوضح صور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) للركائز الفولاذية الصلبة المطلية برقائق BN النانوية.
الشكل (ب): مطيافية FTIR تظهر عينات الفولاذ المعتدل المطلية بـ BNNs قمتين مميزتين عند 1330 سم -1 و 760 سم -1.
في الشكل (ج)، مطيافية رامان يظهر الفولاذ المعتدل المغطى بـ BNNs ذروتين للنقل عند 1377.69 سم -1 (BN تجاري) و1366.49 سم -1.
يوضح الشكل (د) تحولًا مميزًا في إمكانية التآكل نحو القيم السلبية.
خاتمة:
يؤدي التحول في كثافة التآكل للفولاذ الصلب المطلي بـ BNNs إلى انخفاض مميز في كثافة التآكل (Icorr). وهذا يوضح فعالية طلاء BNNs في تثبيط أكسدة الأيونات وتعزيز اختزال الأكسجين.
يشير التحول السلبي في إمكانية التآكل إلى أن كان طلاء BNNs فعالاً في توفير العزل الكهربائي، وعمل كطلاء كاثودي، ومنع التآكل الجلفاني.
الأسئلة الشائعة
1. ما هي المعادن التي يتم استخدامها بكفاءة مع طلاءات صفائح النانو المصنوعة من نيتريد البورون؟
أثبتت الأبحاث أن النحاس والصلب من المعادن التي تعمل بشكل جيد مع طلاءات BNNs.
2. هل صفائح نيتريد البورون النانوية أفضل من بدائل الجرافين؟
نعم، تتفوق صفائح نيتريد البورون على الجرافين بفضل خواصها الكيميائية والحرارية الممتازة. فهي عازلة كهربائية ممتازة، مما يضمن عدم تفاعلها مع المعدن الذي تحتها. أما الجرافين، فيُسبب تآكلًا جلفانيًا للمعدن الذي تحته.
3. ما هي عيوب صفائح نيتريد البورون النانوية؟
تتميز صفائح النانو BN بسعر أعلى من الطرق التقليدية لمنع التآكل. علاوة على ذلك، يجب التأكد من نوع المعدن الذي ترغب في طلائه.
4. هل تعتبر صفائح نيتريد البورون النانوية أفضل من الطرق التقليدية لمنع التآكل؟
نعم، تتميز الشبكات العصبية البلورية (BNNs) بثباتها الحراري الاستثنائي، وفجوة نطاقها الواسعة، وثباتها الكيميائي، ومتانتها الميكانيكية. كما تتميز بموصلية كهربائية منخفضة، ومقاومة ممتازة للصدمات الحرارية، وثابت عزل كهربائي مرتفع.
مشكلة التآكل
التآكل هو التدهور التدريجي للخواص الكيميائية والكهروكيميائية للمعدن عند تعرضه لعوامل تآكلية مثل الماء والأكسجين وأيونات الكلوريد. في النهاية، يفقد المعدن بريقه وقوته الميكانيكية وسلامته.
لا يبدو أن طرق الحماية التقليدية من التآكل تعمل على تحسين التآكل، تمثل الخسائر السنوية في جميع أنحاء العالم ما يقرب من 3% من الناتج المحلي الإجمالي العالمي [2] (الناتج المحلي الإجمالي).
الآفاق المستقبلية لصفائح نيتريد البورون النانوية
تُفنّد هذه المقالة الاعتقاد السائد بأن الشركات ستتكبد خسائر نتيجة التآكل. لكن المواد النانوية تُغيّر هذا الاعتقاد.
تُعدّ صفائح نيتريد البورون النانوية تقنيةً ناشئة، وما زالت أبحاثها في مراحلها الأولى. ومع ذلك، اكتشف الفيزيائيون قدراتٍ هائلةً في المواد النانوية لمعالجة تآكل المعادن، وفي استخداماتٍ صناعيةٍ أخرى، كالطب والطاقة وحماية البيئة.
في علم المواد [3]، تتمتع الجسيمات النانوية أو المواد النانوية بمستقبل واعد في هندسة النانو. وهنا ستُنتج الجسيمات النانوية موادًا ذاتية الشفاء والتجميع. وسيستخدم المهندسون ميكانيكا النانو لإنشاء الجسور والبنى التحتية.
لقد أصبح الطب النانوي [4] متقدمًا جدًا الآن، حيث يبدو أن الأطباء يجدون طريقة معقدة لعلاج الأمراض المزمنة مثل السرطان والأورام.
تحدث معنا!
قم بزيارة موقعنا موقع إلكتروني لمعرفة المزيد عن صفائح نيتريد البورون النانوية وغيرها من المواد الصناعية المتقدمة. أو يمكنك تحدث معنا اليوم وابدأ خطتك لمكافحة التآكل باستخدام مادة نانوية مستقبلية!