close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.
supermaterialer bloghoved

En dobbelt grafen-burger giver korrosionsbeskyttelse over lang tid

Efter fire måneder gad vi ikke vente længere. Det tager sin tid at måle langtidsbeskyttelse mod korrosion, i sagens natur. Og i modsætning til næsten alt her i verden, var det i den situation en kæmpe succes at der ikke var sket en fløjtende fis efter 120 dage!!!!!!

Champagnepropperne springer. Vi har ENDELIG fået grafen til at fungere som korrosionsbeskyttende coating. Målet var ikke at lave et kommercielt produkt (endnu :), men at se om vi kunne knække en vanskelig nød.

Grafen er stærkt, stabilt og uigennemtrængeligt - og burde være perfekt til korrosionsbeskyttelse. De første artikler viste at den nærmest var hjemme! Stærkt! Desværre er grafit - og dermed også grafen - en dårlig ide at have på sit metal - den høje ledningsevne og nobilitet giver galvanisk korrosion, og selv det mindste hul eller sprække i grafenlaget, vil øjeblikkeligt starte på en accelereret og aggressiv strøm af metalioner væk fra metallet, og det var ikke lige det der var meningen.

Nå. Den kolde afvaskning kom med artiklen "Worse than nothing". Vi havde lige startet to store innovationsfond projekter, DAGATE og NIAGRA, med danske virksomheder for at lave korrosionsbeskyttelse baseret på grafen, så det var ikke så sjovt. Den oprindelige forskningsplan røg i vasken og vi brainstormede om hvordan vi kunne omgå den galvaniske korrosion.

En af ideerne var at bruge bor-nitride (hvid grafen) der er en isolerende pendant til grafen, med næsten de samme egenskaber. Vi vist at det var helt fantastisk til at beskytte mod oxidering... men det er desværre dyrt at lave, og meget mere bøvlet en grafen.

Så kom min PhD studerende, Feng Yu, en meget kreativ og initativrig ung fyr, på noget smart. Hvis man laver en sandwich struktur, hvor man har et tyndt polymer lag til at adskille grafen laget elektrisk fra overfladen, så skulle det løse problemet. Et lag på toppen til at beskytte grafen-laget, og så er sandwichen - eller burgeren om man vil - klar til servering.

Vi testede coatingen på AA (aircraft aluminium), badet i simuleret saltvand. Derefter foretog vi potentiodynamiske målinger og impedansspektroskopi for at se hvordan coatingen havde det, og hvor stor korrosionsstrømmen var. Coatingen virkede - men holdt ikke så længe. I løbet af den første måned, begyndte korrosions-tegnene at vise sig på aluminiumsemnerne, og vi kunne se at korrosionsstrømmen steg betydeligt.

Feng Yu er ikke typen der lader sig stoppe, så han kom nu op med den dobbelte sandwich... eller "dobbelt-grafen-burgeren". Her har vi polymer-grafen-polymer-grafen-polymer (PGPGP), og til vores forbløffelse viste det sig ikke bare at blive "dobbelt" så godt, men at give en langt bedre performance. Efter fire måneder, hvor vi ikke gad at vente længere, konstaterede vi at coatingen var uforandret, at korrosionsstrømmen var ligeså latterligt lav som da vi startede, og metallet ikke havde opdaget at det havde været nedsænket i saltvand.

Illustration: peter bøggild

Feng Yu sammenlignede alle tænkelige kombinationer af polymer og grafen - med og uden grafen, tre polymerlag uden grafen, 1 lag grafen, 2 lag grafen, 3 lag grafen, grafen lagene face to face, grafen lagene adskilt af polymer, grafen-oxid etc etc. Han har nok brugt 2 år på det, for der var mange prøver der skulle fremstilles, udsættes for saltvand og måles igennem forfra og bagfra.

Konklusionen er klar. En dobbelt burger løser problemet :D (ligesom dagen efter julefrokosten). Vi har en slags forklaring. Grafenlagene har altid huller og sprækker - det kan ikke undgås når de atom-tynde lag håndteres og flyttes, uanset hvor forsigtig man er. Men når man har 2 lag ovenpå hinanden, er chancen for at der lige skulle være to defekter tæt på hinanden ret lille. Alt i alt, bliver diffusionen gennem coatingen meget langsommere ved at gå fra 1 til 2 lag, men ikke i lige så væsentlig grad lavere ved at gå fra 2 til 3.

Vi har publiceret artiklen i CARBON, og man kan læse den her. Vi håber på at få lagt den på Arxiv, så alle kan se med... det bliver nok næste uge.

Forskningen blev støttet af innovationsfond projekterne DAGATE og NIAGRA, hvor virksomheder som LEGO, Grundfos, SP Group, Welltec og Mekoprint lærte mere om grafens muligheder sammen med Århus Universitet, Københavns Universitet og så Danmarks Tekniske Universitet - hvor jeg kommer fra :)

Peter Bøggild
er professor i nanoteknologi på DTU. På bloggen Supermaterialer skriver han om stort, småt og tusind gange mindre.

Hej Peter,

Hvad er jeres polymerlag? Hvis det ikke er polyparylen, så vil det være en oplagt kandidat til de videre forsøg. Polyparylen kan deponeres fra gasfase (kondensering af termisk dissocieret precursor). Dels er det ret nemt at lægge i kontrollerede lagtykkelser og dels må deponeringsmetoden være noget I nemt kan implementere i den slags laboratorie jeg tror du leger i.

Det er muligt at I kan nøjes med en polyparylen/grafen/polyparylen burger fordi polyparylen i sig selv er en ret god barriere.

  • 0
  • 0

Hvad er forbehandlingen af Alu emnet? I må starte ud med et Al2O3 lag næsten ligegyldigt hvad I gør. En indledende silanbehandling bør give dig en organisk overflade, der er nemmere at binde en polymer på, i forhold til rå Al2O3 .

  • 2
  • 0

Selv med mit ringe kendskab til emnet vil jeg gætte på, at dit forslag om et enkelt lag grafen strider imod de resultater, artiklen fremlægger. Uanset polyparylens evt. bedre egenskaber fremhæves jo netop det væsentlige i et dobbelt grafenlag.

  • 0
  • 0