حماية الأسطح المعدنية للسفن والمنشآت البحرية من التآكل باستخدام جزيئات الفضة المشبعة بالأكسجين والصديقة للبيئة

يعتبر الفولاذ بجميع أنواعه من أكثر المواد الأساسية شيوعًا للمباني الكبيرة ويستخدم على نطاق واسع في بناء المصانع وأبراج نقل الجهد العالي والسفن والجسور وغيرها.

ومع ذلك، فإن مقاومته الضعيفة للتآكل غالبًا ما تؤدي إلى خسائر اقتصادية فادحة و حتى السلامة الشخصية بسبب تفاعل التآكل المدمر بين المعدن ومحيطه (التآكل الجلفاني) والذي يحدث بين الأسطح المعدنية من جهة كقطب أنودي للخلية وبين الأكسجين والرطوبة H2O ككاثود.

وفقًا للإحصاءات المقابلة، فإن 30% من التآكل السنوي للفولاذ ناتج عن التآكل، وأكثر من 10% من الفولاذ قد يكون غير صالح للاستخدام تمامًا.

كما أن وجود استراتيجية فعالة للحماية من التآكل أمر ضروري لمجموعة واسعة من تطبيقات الصلب، مشيراً أنه بالرغم من المساهمات العديدة للتقنيات التقليدية المضادة للتآكل، مثل: حماية الطلاء والأنودات المضحية، فإنها لا تزال تواجه العديد من المشاكل مثل استهلاك المواد، وهدر الطاقة، وعدم الصداقة البيئية.

من هنا تمكن الدكتور السيد جادو ، محاضر النانو تكنولوجيا, وعدد من الباحثين بكلية الهندسة جامعة فاروس من إعداد بحث حول حماية الأسطح المعدنية من التآكل باستخدام طبقة من مواد النانو تحفز ضوئياً بواسطة ضوء الشمس وينتج عنها إلكترونات تمنع الحديد من التأكسد، وأن يتحول الى الحديدوز الثنائي والحديديك الثلاثى، وبالتالي تمنع صدأ الحديد كما تم تطوير هذا العمل بإضافة جزيئات الفضة النانونية مع الأكسجين، والتي ستوفر غطاء مانع للتأكل وفى نفس الوقت خاصية عدم تكوين طحالب على الأسطح نظرا لخصائص الفضة النانوية المقاومة للبكتريا، معتبراً هذه الطريقة هي معالجة مستدامة وصديقة للبيئة.

أهمية تقنية النانو:

وتابع السيد جادو أن تقنية النانو ساهمت في خلق مواد خارقة ذات خصائص سطحية تختلف عن المواد العادية، وذلك عن طريق إضافة جزيئات نانوية إلى بعض الطلاءات البوليمرية مثل طلاء الإيبوكسي أو البوليستر أو الأكريليك، وجميعها مواد بوليمرية عازلة، أضيف إليها بعض المعادن المضحية، سواء كاثودياً أو أنودياً، والتي تعتبر من الملوثات البيئية، مثل الرصاص أو الزنك.

ولكن مع التقدم المطرد في تكنولوجيا تحضير المواد النانوية ذات الخصائص السطحية الفريدة، مثل: المواد النانوية المحفزة ضوئياً لافتاً أن تقنية التحفيز الضوئي المضادة للتآكل، باعتبارها تقنية مضادة للتآكل موفرة للطاقة وصديقة للبيئة، أدت إلى تحسين عمر مقاومة التآكل بشكل كبير وأنها لا تسبب نفايات لأن طبقة المواد التحفيزية الضوئية لا تذوب.

بالنسبة للحماية من التآكل الناتج عن التحفيز الضوئي، فإن الشيء الأكثر أهمية هو تطوير محفز ضوئي مناسب والذي يجب أن يتمتع بالخصائص التالية: غير سام، وحماية البيئة، وانخفاض الاستهلاك، وسهل التشتت.

كما يتميز نيتريد الكربون الجرافيتى، الذي يشار إليه عادةً باسم نيتريد الكربون الجرافيتى، بمزايا هيكل نطاق الطاقة الإلكتروني الفريد، والثبات الكيميائي والحراري العالي، وعدم السمية، وخالي من المعادن، والمواد الخام الوفيرة بالإضافة إلى أنه يمكن تحضيره من بعض المواد المتوفرة وغير المكلفة كاليوريا على سبيل المثال.

نيتريد الكربون الجرافيتى

وأستكمل جادو نيتريد الكربون الجرافيتى الأصلي يتمتع بأداء تحفيز ضوئي منخفض نظرًا لانخفاض مساحة سطحه المحددة وإعادة تركيب وانطلاق الإلكترون المشحون كما أنه في الآونة الأخيرة، تم التأكيد على أن تغيير الخواص الفيزيائية والكيميائية لـ نيتريد الكربون الجرافيتى يعد استراتيجية فعالة، مثل: تصميم البنية المجهرية؛ المنشطات العنصرية والفصل الالكترونى السريع.

وأكد جادو أنه تم تصنيع صفائح نيتريد الكربون الجرافيتى النانوية المشبعة بالأكسجين بنجاح من خلال حسابات متعددة باستخدام الماء منزوع الأيونات واليوريا لفحص الأداء المضاد للتآكل تحت إشعاع ضوء الشمس .

النتائج الأولية

أظهرت النتائج التجريبية أن إضافة الأكسجين يمكن أن يحسن بشكل فعال أداء مقاومة التآكل وأداء أفضل ضد التآكل للسببين التاليين: المجموعات الوظيفية الموجودة على سطح نيتريد الكربون الجرافيتي المدعومة بالأكسجين تعزز تشتتها، مما يسمح لها بأن تكون موزعة بشكل موحد على سطح الطلاء، مما يوفر تأثير حاجز جيد ويطيل مسار أيونات التآكل للوصول إلى سطح المعدن الخام ثم توفر مساحة السطح المحددة الأعلى في سطح نيتريد الكربون الجرافيتي المدعم بالأكسجين مواقع أكثر تفاعلية وكفاءة فصل الإلكترونات المولدة ضوئيًا بشكل أسرع، والتي يمكن أن توفر المزيد من الإلكترونات لتحقيق الاستقطاب الكاثودي، وبالتالي حماية معدن الأنود من التآكل.