Tấm nano boron nitride là một công nghệ mới nổi giúp chống ăn mòn từ cấp độ nguyên tử. Một vật liệu dày một nguyên tử, mỏng hơn khoảng 10.000 lần so với tóc người, giúp bảo vệ hiệu quả bề mặt thiết bị của bạn khỏi bị ăn mòn!
Các bo nitrua Vật liệu nano có độ dẫn nhiệt, cách điện và chịu nhiệt độ cao. BNN không bị vỡ dưới tác động cơ học khắc nghiệt, có tính toàn vẹn nhiệt cao và trơ về mặt hóa học.
Trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ khám phá các đặc tính của BNN và giải thích lý do tại sao vật liệu nano này nên là một phần trong kho vũ khí chống ăn mòn của bạn. Chúng tôi cũng phân tích một nghiên cứu điển hình về BNN khi được lắng đọng trên thép mềm. Sau đó, chúng tôi sẽ xem xét triển vọng tương lai của các tấm nano boron nitride.
Chúng ta hãy bắt đầu thôi!
Tấm nano Boron Nitride bảo vệ kim loại
Tấm nano boron nitride là các lớp đơn của bo nitrua được sắp xếp theo cấu trúc lục giác. Chúng là một loại vật liệu nano hai chiều có đặc tính cơ học và hóa học tuyệt vời có nguồn gốc từ boron nitride.
Các vật liệu 2D là lớp phủ chống ăn mòn hiệu quả cho đồng[1], thép và các kim loại khác. Chúng hoạt động như chất độn trong vật liệu tổng hợp hoặc được sử dụng làm lớp phủ.
Một số ngành công nghiệp áp dụng lớp phủ BNN không chứa chất kết dính trực tiếp lên bề mặt kim loại. Những ngành khác thêm BNN vào lớp phủ gốc chất kết dính.
1. Tấm nano Boron Nitride ngăn ngừa ăn mòn như thế nào
Thông thường, các tấm nano boron nitride nhiều lớp có độ dày lên đến 10nm có đặc tính rào cản vượt trội, bao gồm diện tích bề mặt lớn. Một tính năng mà hầu hết các biện pháp khắc phục ăn mòn truyền thống đều không có.
Cấu trúc 2D của nó trình bày chiều kích đặc biệt để sử dụng làm chất độn hoặc làm lớp phủ nanocomposite.
Các tấm nano nitride boron thể hiện các tính chất cơ học hàng đầu, bao gồm ~Mô đun uốn 32GPa Và độ dẫn nhiệt lên tới 2.000 W/mK. Những tính năng như vậy làm cho nó hiệu quả trong môi trường nhiệt độ khắc nghiệt.
Do tính không thấm của chúng, một lớp chắn nanosheet BN được ổn định về mặt hóa học và mạnh mẽ vì tính bền chắc của nó trái phiếu sigma. Việc không có các liên kết lỏng lẻo trong các tấm nano BN góp phần tạo nên độ bền và khả năng chịu đựng của vật liệu ngay cả trong điều kiện làm việc khắc nghiệt.
2. Ưu điểm của tấm nano Boron Nitride
-
Độ chống thấm cao: Vật liệu nano BN cung cấp lớp phủ bất khả chiến bại, không cho phép các chất hoặc hạt bên ngoài thấm qua
-
Cách điện: Chúng không gây ra sự ăn mòn điện hóa
-
Độ ổn định nhiệt: BNN không trải qua quá trình chuyển đổi pha hoặc suy thoái trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt, giúp tăng tuổi thọ của kim loại bên dưới
-
Độ ổn định hóa học: Chúng có khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ trên 800 độ C, lý tưởng để sử dụng trong điều kiện làm việc hóa chất và nhiệt độ cao.
-
Khoảng cách băng thông rộng (5-6 eV): Đa dạng hóa ứng dụng của thiết bị kim loại, bao gồm các ngành công nghiệp có điều kiện điện áp cao và nhiệt độ cao.
-
Không độc hại: BNN là vật liệu an toàn với môi trường so với các vật liệu độc hại như crom
Nghiên cứu điển hình về tấm nano boron nitride lục giác (h-BN) để bảo vệ bề mặt thép mềm
Trong nghiên cứu này, các tấm nano boron nitride được lắng đọng thành công trên thép mềm bằng cách sử dụng lắng đọng hơi hóa học (CVD). Lớp phủ, bao gồm 80% BNN, được lắng đọng ở nhiệt độ 1.200°C. Các dải thép mềm được làm sạch bằng HCl 5% và làm sạch bằng NaOH.
Quan sát:
Nguồn: researchgate.net
Hình (a) cho thấy hình ảnh Kính hiển vi điện tử quét (SEM) của các chất nền thép mềm được phủ bằng các tấm nano BN.
Hình (b): Phổ FTIR của các mẫu thép mềm được phủ BNN cho thấy hai đỉnh đặc trưng ở 1330cm-1 và 760cm-1.
Trong Hình (c), Phổ Raman của thép mềm phủ BNN cho thấy hai đỉnh truyền dẫn ở 1377,69 cm−1 (BNN thương mại) và 1366,49 cm−1.
Hình (d) cho thấy sự thay đổi đặc trưng trong khả năng ăn mòn về phía các giá trị âm.
Phần kết luận:
Sự thay đổi mật độ ăn mòn của thép mềm phủ BNN gây ra sự giảm đặc trưng mật độ ăn mòn (Icorr). Điều này chứng minh hiệu quả của lớp phủ BNN trong việc ức chế quá trình oxy hóa ion và tăng cường quá trình khử oxy.
Sự thay đổi tiêu cực trong tiềm năng ăn mòn ngụ ý rằng lớp phủ BNN có hiệu quả trong việc cung cấp khả năng cách điện, hoạt động như lớp phủ catốt và ngăn ngừa sự ăn mòn điện hóa.
Những câu hỏi thường gặp
1. Kim loại nào được sử dụng hiệu quả với lớp phủ nano Boron Nitride?
Đồng và thép là những kim loại mà nghiên cứu đã phát hiện có khả năng kết hợp tốt với lớp phủ BNN.
2. Tấm nano Boron Nitride có tốt hơn vật liệu thay thế Graphene không?
Đúng vậy, các tấm boron nitride tốt hơn graphene nhờ tính toàn vẹn về hóa học và nhiệt vượt trội. Chúng là chất cách điện tuyệt vời, đảm bảo không phản ứng với kim loại bên dưới. Tuy nhiên, graphene lại gây ra hiện tượng ăn mòn điện hóa với kim loại bên dưới.
3. Nhược điểm của tấm nano Boron Nitride là gì?
Tấm nano BN có giá thành cao hơn so với các phương pháp chống ăn mòn truyền thống. Bên cạnh đó, bạn cần chắc chắn về loại kim loại muốn phủ.
4. Tấm nano Boron Nitride có tốt hơn các phương pháp truyền thống để ngăn ngừa ăn mòn không?
Đúng vậy, BNN tốt hơn nhờ độ ổn định nhiệt vượt trội, khoảng cách dải rộng, độ ổn định hóa học và độ bền cơ học. Chúng cũng có độ dẫn điện thấp, khả năng chống sốc nhiệt ấn tượng và hằng số điện môi cao.
Vấn đề ăn mòn
Ăn mòn là sự suy giảm dần dần các tính chất hóa học và điện hóa của kim loại khi tiếp xúc với các tác nhân ăn mòn như nước, oxy và ion clorua. Cuối cùng, kim loại mất đi độ bóng, độ bền cơ học và tính toàn vẹn.
Các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn truyền thống dường như không cải thiện được tình trạng ăn mòn, tổn thất hàng năm trên toàn thế giới chiếm khoảng 3% GDP toàn cầu [2] (tổng sản phẩm quốc nội).
Triển vọng tương lai của tấm nano Boron Nitride
Bài viết này bác bỏ quan niệm lâu nay cho rằng các công ty luôn phải gánh chịu tổn thất do ăn mòn. Vật liệu nano đang thay đổi quan niệm đó.
Tấm nano boron nitride là một công nghệ mới nổi đang trong giai đoạn nghiên cứu sơ bộ. Tuy nhiên, các nhà vật lý đã phát hiện ra những khả năng to lớn của vật liệu nano trong việc chống ăn mòn kim loại và các ứng dụng công nghiệp khác như y học, năng lượng và bảo vệ môi trường.
Trong khoa học vật liệu [3], hạt nano hay vật liệu nano có một tương lai đầy hứa hẹn trong kỹ thuật nano. Đây là nơi các hạt nano sẽ tạo ra vật liệu tự phục hồi và tự lắp ráp. Các kỹ sư sẽ tận dụng cơ học nano để tạo ra cầu nối và cơ sở hạ tầng.
Y học nano [4] hiện nay khá tiên tiến, vì các bác sĩ dường như đã tìm ra một phương pháp phức tạp để điều trị các bệnh mãn tính như ung thư và khối u.
Hãy nói chuyện với chúng tôi!
Ghé thăm chúng tôi trang web để tìm hiểu thêm về các tấm nano boron nitride và các vật liệu công nghiệp tiên tiến khác. Ngoài ra, bạn có thể nói chuyện với chúng tôi hôm nay và bắt đầu kế hoạch chống ăn mòn của bạn với vật liệu nano tương lai!