Las nanoláminas de nitruro de boro son una tecnología emergente que combate la corrosión a nivel atómico. Un material de un átomo de espesor, aproximadamente 10 000 veces más delgado que un cabello humano, protege eficazmente las superficies de sus equipos contra la corrosión.
El nitruro de boro Los nanomateriales poseen una alta conductividad térmica, aislamiento eléctrico y resistencia a altas temperaturas. Los nanomateriales no se rompen bajo tensiones mecánicas extremas, poseen alta integridad térmica y son químicamente inertes.
En esta guía, desvelaremos las propiedades de las nanopartículas de nitruro de boro (BNN) y explicaremos por qué este nanomaterial debería formar parte de su arsenal anticorrosivo. También analizaremos un caso práctico de BNN depositadas sobre acero dulce. Posteriormente, reflexionaremos sobre las perspectivas futuras de las nanopartículas de nitruro de boro.
¡Comencemos!
Nanoláminas de nitruro de boro para la protección de metales
Nanohojas de nitruro de boro son capas individuales de nitruro de boro que están dispuestas en una estructura hexagonalSon un tipo de material nano bidimensional con excelentes propiedades mecánicas y químicas que provienen del nitruro de boro.
Los materiales 2D son Recubrimientos anticorrosivos eficaces para cobre[1], acero y otros metalesActúan como rellenos en materiales compuestos o se utilizan como recubrimientos.
Algunas industrias aplican el recubrimiento de BNN sin aglutinante directamente sobre la superficie metálica. Otras incorporan BNN a sus recubrimientos con aglutinante.
1. Cómo las nanoláminas de nitruro de boro previenen la corrosión
Por lo general, las nanohojas de nitruro de boro multicapa con un espesor de hasta 10 nm tienen características de barrera superiores, incluida una gran superficieUna característica de la que carecen la mayoría de los remedios tradicionales contra la corrosión.
Su estructura 2D presenta dimensionalidad excepcional para uso como relleno o como recubrimiento nanocompuesto.
Las nanohojas de nitruro de boro demuestran propiedades mecánicas de primer nivel, que incluyen ~Módulo de flexión de 32 GPa y conductividad térmica de hasta 2.000 W/mKEstas características lo hacen eficiente para entornos térmicos extremos.
Debido a su impermeabilidad, una capa de barrera de nanohojas de BN es Químicamente estable y fuerte por su robustez. enlaces sigma. La falta de enlaces colgantes en las nanohojas de BN contribuye a su tenacidad y resistencia incluso en duras condiciones de trabajo.
2. Ventajas de las nanohojas de nitruro de boro
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Alta impermeabilidad: El material nano BN proporciona un revestimiento invencible que no permite que sustancias o partículas externas penetren a través de él.
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Aislamiento eléctrico: No provocan corrosión galvánica.
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Estabilidad térmica: Las BNN no sufren transformaciones de fase ni degradación en condiciones térmicas extremas, lo que aumenta la longevidad del metal subyacente.
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Estabilidad química: Presentan una resistencia a la oxidación de más de 800 grados Celsius, lo que los hace ideales para su uso en condiciones de trabajo químicas y de alta temperatura.
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Banda prohibida amplia (5-6 eV): Diversifica la aplicación de equipos metálicos, incluidas industrias con condiciones de alto voltaje y alta temperatura.
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No tóxico: Los BNN son un material seguro para el medio ambiente en comparación con materiales tóxicos como el cromo.
Estudio de caso de nanoláminas hexagonales de nitruro de boro (h-BN) para la protección de superficies de acero dulce
En este estudio, se depositan con éxito nanohojas de nitruro de boro sobre acero dulce utilizando deposición química de vapor (CVD). El recubrimiento, compuesto por 80% BNN, se somete a deposición a 1200 °C. Las tiras de acero dulce se limpiaron con HCl 5% y NaOH.
Observaciones:
Fuente: researchgate.net
La figura (a) muestra imágenes de microscopio electrónico de barrido (SEM) de sustratos de acero dulce recubiertos con nanohojas de BN.
Figura (b): Espectroscopia FTIR El análisis de muestras de acero dulce recubiertas con BNN muestra dos picos característicos a 1330 cm-1 y 760 cm-1.
En la figura (c), la Espectroscopia Raman El acero dulce revestido con BNN muestra dos picos de transmisión a 1377,69 cm−1 (BN comercial) y 1366,49 cm−1.
La figura (d) revela un cambio característico en el potencial de corrosión hacia valores negativos.
Conclusión:
El cambio en la densidad de corrosión del acero dulce recubierto con BNN provoca una reducción característica de la densidad de corrosión (Icorr). Esto demuestra La eficacia del recubrimiento de BNN para inhibir la oxidación de iones y mejorar la reducción de oxígeno..
El cambio negativo en el potencial de corrosión implica que El recubrimiento de BNN fue eficaz para proporcionar aislamiento eléctrico, actuó como un recubrimiento catódico y evitó la corrosión galvánica..
Preguntas frecuentes
1. ¿Qué metales se utilizan de manera eficiente con recubrimientos de nanohojas de nitruro de boro?
El cobre y el acero son los metales que, según las investigaciones, funcionan bien con los recubrimientos de BNN.
2. ¿Son las nanohojas de nitruro de boro mejores que las alternativas al grafeno?
Sí, las láminas de nitruro de boro son mejores que el grafeno por su excelente integridad química y térmica. Son excelentes aislantes eléctricos, lo que garantiza que no reaccionen con el metal subyacente. Sin embargo, el grafeno causa corrosión galvánica con el metal subyacente.
3. ¿Cuáles son las desventajas de las nanohojas de nitruro de boro?
Las nanoláminas de BN tienen un precio más elevado que los métodos tradicionales para prevenir la corrosión. Además, es necesario estar seguro del metal que se desea recubrir.
4. ¿Son las nanohojas de nitruro de boro mejores que los métodos tradicionales para prevenir la corrosión?
Sí, las BNN son mejores debido a su excepcional estabilidad térmica, amplio ancho de banda, estabilidad química y resistencia mecánica. También presentan baja conductividad eléctrica, una excelente resistencia al choque térmico y una constante dieléctrica alta.
El problema de la corrosión
La corrosión es la degradación gradual de las propiedades químicas y electroquímicas de un metal al exponerse a agentes corrosivos como el agua, el oxígeno y los iones de cloruro. Con el tiempo, el metal pierde su brillo, resistencia mecánica e integridad.
Los métodos tradicionales de protección contra la corrosión no parecen mejorar la corrosión, cuya Las pérdidas anuales en todo el mundo representan aproximadamente el 31% del PIB mundial. [2] (producto interno bruto).
Perspectivas futuras de las nanohojas de nitruro de boro
Este artículo desmiente la creencia arraigada de que las empresas siempre incurren en pérdidas debido a la corrosión. Los nanomateriales están cambiando esa narrativa.
Las nanoláminas de nitruro de boro son una tecnología emergente cuya investigación se encuentra en sus etapas iniciales. Sin embargo, los físicos han descubierto inmensas posibilidades en los nanomateriales para la corrosión de metales y otros usos industriales como la medicina, la energía y la protección ambiental.
En la ciencia de los materiales [3], las nanopartículas o nanomateriales tienen un futuro prometedor en la ingeniería a nanoescala. Aquí es donde las nanopartículas crearán materiales autorreparables y autoensamblables. Los ingenieros aprovecharán la nanomecánica para crear puentes e infraestructuras.
La nanomedicina [4] está bastante avanzada ahora, ya que los médicos parecen encontrar una forma compleja de tratar enfermedades crónicas como cánceres y tumores.
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