I nanosfogli di nitruro di boro sono una tecnologia emergente che combatte la corrosione a livello atomico. Un materiale dello spessore di un atomo, circa 10.000 volte più sottile di un capello umano, che protegge efficacemente le superfici delle vostre apparecchiature dalla corrosione!
IL nitruro di boro Il nanomateriale è dotato di elevata conduttività termica, isolamento elettrico e resistenza alle alte temperature. I BNN non si rompono in presenza di sollecitazioni meccaniche estreme, hanno un'elevata integrità termica e sono inerti chimicamente.
In questa guida, sveleremo le proprietà dei nanomateriali BNN e spiegheremo perché questo nanomateriale dovrebbe far parte del vostro arsenale anticorrosione. Analizzeremo anche un caso di studio sui nanomateriali BNN depositati su acciaio dolce. Più avanti, rifletteremo sulle prospettive future dei nanosfoglie di nitruro di boro.
Cominciamo!
Nanosfoglie di nitruro di boro per la protezione dei metalli
Nanosfoglie di nitruro di boro Sono singoli strati di nitruro di boro disposti in una struttura esagonaleSi tratta di un tipo di nanomateriale bidimensionale con eccellenti proprietà meccaniche e chimiche, ricavato dal nitruro di boro.
I materiali 2D sono rivestimenti anticorrosivi efficaci per rame[1], acciaio e altri metalliPossono fungere da riempitivi nei materiali compositi oppure essere utilizzati come rivestimenti.
Alcune industrie applicano il rivestimento BNN senza leganti direttamente sulla superficie metallica. Altre aggiungono BNN ai loro rivestimenti a base di leganti.
1. Come i nanosfoglie di nitruro di boro prevengono la corrosione
In genere, i nanosfoglie di nitruro di boro multistrato con uno spessore fino a 10 nm hanno caratteristiche di barriera superiori, tra cui una ampia superficieUna caratteristica che manca alla maggior parte dei rimedi tradizionali contro la corrosione.
La sua struttura 2D presenta dimensionalità eccezionale per l'uso come riempitivo o come rivestimento nanocomposito.
I nanosfogli di nitruro di boro dimostrano proprietà meccaniche di alto livello, tra cui ~Modulo di flessione 32GPa E conduttività termica fino a 2.000 W/mKTali caratteristiche lo rendono efficiente in ambienti termici estremi.
Grazie alla loro impermeabilità, uno strato barriera di nanosheet BN è chimicamente stabile e forte per la sua robustezza legami sigma. L'assenza di legami pendenti nei nanosfoglie BN contribuisce alla loro tenacia e resistenza anche in condizioni di lavoro difficili.
2. Vantaggi dei nanosfoglie di nitruro di boro
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Elevata impermeabilità: Il materiale nano BN fornisce un rivestimento invincibile che non consente a sostanze o particelle esterne di penetrare
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Isolamento elettrico: Non provocano corrosione galvanica
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Stabilità termica: Le BNN non subiscono trasformazioni di fase o degradazione in condizioni termiche estreme, aumentando la longevità del metallo sottostante
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Stabilità chimica: Presentano una resistenza all'ossidazione di oltre 800 gradi Celsius, il che li rende ideali per l'uso in condizioni di lavoro chimiche e ad alte temperature.
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Ampio bandgap (5-6 eV): Diversifica l'applicazione delle apparecchiature metalliche, compresi i settori con condizioni di alta tensione e alta temperatura.
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Non tossico: I BNN sono un materiale sicuro per l'ambiente rispetto ai materiali tossici come il cromo
Caso di studio di nanosfoglie esagonali di nitruro di boro (h-BN) per la protezione delle superfici in acciaio dolce
In questo studio, i nanosfoglie di nitruro di boro vengono depositati con successo su acciaio dolce utilizzando deposizione chimica da vapore (CVD). Il rivestimento, costituito da BNN 80%, è sottoposto a deposizione a 1.200 °C. Le strisce di acciaio dolce sono state pulite con HCl 5% e poi con NaOH.
Osservazioni:
Fonte: researchgate.net
La figura (a) mostra le immagini del microscopio elettronico a scansione (SEM) dei substrati di acciaio dolce rivestiti con nanosfoglie di BN.
Figura (b): Spettroscopia FTIR dei campioni di acciaio dolce rivestiti con BNN mostra due picchi caratteristici a 1330cm-1 e 760cm-1.
Nella figura (c), il Spettroscopia Raman dell'acciaio dolce rivestito di BNN mostra due picchi di trasmissione a 1377,69 cm−1 (BN commerciale) e 1366,49 cm−1.
La figura (d) rivela uno spostamento caratteristico del potenziale di corrosione verso valori negativi.
Conclusione:
Lo spostamento della densità di corrosione dell'acciaio dolce rivestito di BNN provoca una riduzione caratteristica della densità di corrosione (Icorr). Ciò dimostra l'efficacia del rivestimento BNN nell'inibire l'ossidazione ionica e migliorare la riduzione dell'ossigeno.
Lo spostamento negativo del potenziale di corrosione implica che il rivestimento BNN era efficiente nel fornire isolamento elettrico, fungeva da rivestimento catodico e preveniva la corrosione galvanica.
Domande frequenti
1. Quali metalli vengono utilizzati in modo efficiente con i rivestimenti in nanosfoglie di nitruro di boro?
Secondo la ricerca, rame e acciaio sono i metalli che si adattano bene ai rivestimenti BNN.
2. I nanosfogli di nitruro di boro sono migliori delle alternative al grafene?
Sì, i fogli di nitruro di boro sono migliori del grafene per la loro eccezionale integrità chimica e termica. Sono ottimi isolanti elettrici, garantendo che non reagiscano con il metallo sottostante. Il grafene, tuttavia, causa corrosione galvanica con il metallo sottostante.
3. Quali sono gli svantaggi dei nanosfoglie di nitruro di boro?
I nanosfoglie BN hanno un prezzo più elevato rispetto ai metodi tradizionali per prevenire la corrosione. Inoltre, è necessario essere certi del metallo che si desidera rivestire.
4. I nanosfogli di nitruro di boro sono migliori dei metodi tradizionali per prevenire la corrosione?
Sì, le BNN sono migliori grazie alla loro eccezionale stabilità termica, all'ampio bandgap, alla stabilità chimica e alla resistenza meccanica. Presentano inoltre una bassa conduttività elettrica, un'impressionante resistenza agli shock termici e un'elevata costante dielettrica.
Il problema della corrosione
La corrosione è il graduale degrado delle proprietà chimiche ed elettrochimiche di un metallo quando esposto ad agenti corrosivi come acqua, ossigeno e ioni cloruro. Col tempo, il metallo perde la sua lucentezza, resistenza meccanica e integrità.
I metodi tradizionali di protezione dalla corrosione non sembrano migliorare la corrosione, il cui le perdite annuali in tutto il mondo rappresentano circa il 3% del PIL globale [2] (prodotto interno lordo).
Le prospettive future dei nanosfogli di nitruro di boro
Questo articolo sfata la convinzione diffusa che le aziende debbano sempre subire perdite a causa della corrosione. I nanomateriali stanno cambiando questa narrazione.
I nanosfoglie di nitruro di boro sono una tecnologia emergente la cui ricerca è ancora in fase iniziale. Tuttavia, i fisici hanno scoperto immense potenzialità nei nanomateriali per la corrosione dei metalli e altri usi industriali come la medicina, l'energia e la protezione ambientale.
Nella scienza dei materiali [3], le nanoparticelle o i nanomateriali hanno un futuro promettente nell'ingegneria su scala nanometrica. È qui che le nanoparticelle creeranno materiali auto-riparanti e auto-assemblanti. Gli ingegneri sfrutteranno la nanomeccanica per creare ponti e infrastrutture.
La nanomedicina [4] è ormai piuttosto avanzata, poiché i medici sembrano aver trovato un modo complesso per curare malattie croniche come tumori e tumori.
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