אתגר ההאקרות: The Marine Corrosion Challenge

הנדסה ימית פועלת באחת הסביבות האקורוזיביות ביותר על פני כדור הארץ. Seawater, עם הריכוז הגבוה של כלורידים, מתמוסס חמצן ומיקרואורגניזמים, מאיצה את התהליכים האלקטרוכימיים שמפרקים מתכות, פלטפורמות offshore, צינורות, תשתיות נמל להתמודד עם התקפה ללא הרף, המוביל לסיכון בטיחות, תיקונים יקרים, וצמצום של פעולות הגנה מסורתיות - כגון צבע אפיליסטי, 000, 000, 000 מצופה זמן לחץ דם מתקדם, אך יש מגבלות גבוהות יותר, אך יש מגבלות גבוהות יותר, אך ורקדניות, אך הן יכולות להיות חזקות יותר, אך הן יכולות להיות חזקות יותר, אך הן יכולות להיות חזקות יותר, אך הן יכולות להיות חזקות יותר, אך הן יכולות להיות חזקות יותר, אך ורק כדי למנוע מגבלות חמורות יותר, אך הן יכולות להיות חזקות יותר, אך הן יכולות להיות חזקות יותר, אך הן יכולות להיות חזקות יותר, אך הן יכולות להיות חזקות יותר, אך הן יכולות להיות חזקות יותר, אך ורקמות, אך הן יכולות להיות חזקות יותר, אך הן יכולות להיות חזקות יותר, אך הן יכולות להיות חזקות יותר, לחץ על פני גורמות ללקות, אך הן יכולות להיות חזקות יותר, אך הן יכולות להיות חזקות יותר, אך ורק ללקות, אך ורק לצמצום של מערכות הגנה על פני קיבולת גבוהה יותר

Graphene, גיליון חד-אטומי של פחמן מסודרים בלחיצות hexagonal, יש שילוב ייחודי של תכונות שהופכות אותו מתאים באופן אידיאלי להגנה קורוזיה בהגדרות ימיות.חוסר יכולתה גזים ונוזלים, כוח מכני יוצא דופן, אינרציה כימית, ו מוליכות חשמלית להגדיר אותו בנפרד מחומרים קונבנציונליים.

הבנת Graphene ונכסים יוצאי דופן שלה

Graphene מתואר לעתים קרובות כחומר פלא, ומסיבה טובה.כשכבה אטומית אחת של פחמן, זה החומר הידוע עדיין אחד החזקים ביותר של המבנה הייחודי שלה - גיליון דו-ממדי שבו כל אטום פחמן מחובר לשלוש שכנים בתצורה ספיר 2 - נותן עלייה למאפיינים פיזיים וכימיקליים יוצאי דופן.

יעילות וביצועי גדר

אחד המאפיינים הקריטיים ביותר להגנה על קורוזיה הוא חוסר יכולת כמעט אל-אלטר של גרפן מושלם. גרפן מושלם הוא בלתי אפשרי לכל הגזים, כולל חמצן, ולמרבית הנוזלים, כולל פתרונות מים ומלחים. יכולת זו מתעוררת כי צפיפות האלקטרונית של טבעות ארומטיות יוצרת מחסום פוטנציאלי מתמשך כי אטומים ומולקולות לא יכולות לחדור ללא אנרגיה עצומה, אפילו כמה שכבות של גרפן יכול להפחית את גודלם של חומרים מחוספסים של חומרים מחוספסים.

כוח מכני ואומץ

הכוח המכאני הפנימי של Graphene - כ 130 GPa עבור גיליון ללא פגם - בשילוב עם המודולולים של יאנג גבוהה שלה (~ 1 TPa) פירושו שהוא יכול לחזק את ציפוי מזחלות. כאשר מפוזרים בפולימרים או epoxies, גרפן flakes לפעול כמו ננופלרים שמשפרים התנגדות, דבקות, ונוקשות כוללת זה הוא ציפויים מספיקים מעגליים, כאשר הם עלולים עמידים על ידי ציפויים מעגליים, עם ציפוי מתכתיים חוזרים על ידי גירוי מעגליים, כאשר הם עלולים, כאשר הם עלולים עמידים, עם ציפויים, כאשר הם עמידים, כאשר הם עמידים, 000, 000, כאשר הם עמידים חוזרים על ידי ציפויים על ידי ציפויים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חזר על ידי ציפויים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חזר על ידי ציפוי חיצים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חזר על ידי ציפוי חיציפיציפיציפיציפיציפיציפיציפי, 000, 000, 000, 000, 000 חזרות, 000, 000, 000

רגישות כימית ואינטורציה

Graphene הוא יציב מבחינה כימית תחת מגוון רחב של pH וטמפרטורות תנאי.זה לא מגיב עם מי ים, חומצות או בסיסים בתנאים רגילים של הפעלה, והוא מתנגד חמצון בטמפרטורות בינוניות.יציבות זו מבטיחה כי הציפוי עצמו אינו מידרדר או מייצר חומרים מזיקים על ידי חומרים מזיקים לאורך זמן.

מוליכים חשמליים ו Sensing פוטנציאלי

ייחודי בין ציפויי מחסום, גרפן הוא מנצח חשמלי מעולה.נכס זה פותח את הדלת ל-FLT:0 ציפוי חכם ציפוי FLT:1 עיצובים.על ידי ניטור שינויים בהתנגדות חשמלית או קיבול על פני ציפוי מבוסס גרפן, מהנדסים יכולים לזהות את תחילת קורוזיה מתחת לציפוי בזמן אמת, מערכות מוקדמות כאלה יכולות לאפשר תחזוקה, להפחית את הסיכון של כשלים קטסטרופליים, בנוסף לתפקוד גרף של גולגולתי, כאשר ניתן לבצע גרורתית.

היתרונות של Graphene- מסתמך על מערכות מסורתיות

בעוד ציפויים ימיים קונבנציונליים - כגון צבעי epoxy, פוליאורתנים, ואת אבץ לא אורגני אחליקטים - הוכחו יעילים בתרחישים רבים, הם נופלים קצרים במספר תחומים שמערכות מבוססות גרפן יכולות לטפל בהם.

הגנה על גדר ההפרדה (Passive)

ציפוי אורגני מסורתי מסתמכ על מבנה עבה, רב-שכבות (לעתים קרובות 200-500 μm) כדי לחסום לחות וחמצן. לאורך זמן, שכבות אלה יכולות לספוג מים, swell, והופכים לחלחל. ציפוי Graphene, לעומת זאת, להשיג ביצועים מכשולים יוצאי דופן עוביים של רק מיקרונים או אפילו ננומטרים.

שיפור יכולת מכנית

Graphene flakes משובצת בציפוי matrix לשפר באופן דרמטי תכונות מכניות.אפקט nanofiller מגביר את קשיות, התנגדות שריטה, ומודולוס. לדוגמה, ציפוי גרפין-reinforced epoxy יכול להציג עלייה של 30-50% בחוזק רב-עוצמה רב-עוצמה ו 20–40% שיפור בדבקות פלדה בהשוואה ל- ספקטרום מסודר של oxy בסביבות ימיות, שבו הם חשופים לציפוי מתכת או לציפוי- CRACreta-C, כאשר הם בעלי ערך מגנטיים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כמו גם מתחמי, כמו גם מתחמי קרח, כמו גם מתחמיים, כלומר, כמו ציפוי מתכת, עם מתחמיים, 000-חמצני, עם מתחמיים, עם מתחמיים, 000-חמצני, עם מתחמיים, עם מתחמיים, 000, עם מתחמיים, עם מתחמיים, עם מתחמיים, עם מתחמיים, עם מתחמיים, 000-חמצני, עם מתחמיים, 000- 20–2, 000- 40%, עם מתחמיים, 000-חמצני, 000-חמצני, 000-חמצני, 000-חמצני, 000

Active Corrosion Inhibition

מעבר להגנה פסיבית, גרפן יכול לתרום מעכב קורוזיה פעיל. Graphene oxide (GO), נגזרה עם קבוצות פונקציונליות חמצן, ניתן להשתמש כדי לטעון ולשחרר מעכבי קורוזיה (למשל, benzotriazole או צוואר הרחם) בתגובה לשינויים פונקציונליים מופעלים על ידי קורוזיה על ידי corrosion על ידי מנגנון שחרור חכם זה מספק קו הגנה שני של מחסום הגנה, בנוסף גרף (בנוסף, חיסטורף), אשר יכול להמשיך אינטראקציה) עם קבוצות מתכת, נוסף, הוא לחץ דם, הוא גם כן, הוא לחץ על פני השטח).

שיפור ה-UV ו- Weathering Resistance

ציפוי אורגני רבים מידרדר תחת קרינה אולטרה סגול (UV), המוביל לגרד, צבע ואובדן של ביצועים. Graphene, כמו כדור פחמן, סופג אור UV ויכול לנתק את האנרגיה כמו חום, מתנהג כמו ייצוב UV.זה מרחיב את החיים של מערכת הצבעים ביישומים ימיים העליון שבו חשיפה ישירה לשמש הוא משולב אינטנסיבי עם מוליכות תרמית שלה, גם מסייע גרף חום.

צמצם את תקללות ומשקל

יעילותו של גרפן ברמות טעינה נמוכות מאוד (לעתים קרובות <1 wt%) פירושה כי ציפויים יכולים להיות דקים וקלים יותר. עבור כלי שיט ימי ומבנים בחו"ל, כל קילוגרם של משקל שנשמר לתרום יעילות דלק ויכולת עומס. a גרף דק או טופקואט יכול לספק הגנה שווה ערך למערכת קונבנציונאלית עבה יותר, לפשט תהליכים לוגיסטיים ויישומים.

שיטות יישומים ואתגרים הנוכחיים

למרות היתרונות ברורים, הציפוי מבוסס גרפן מהמעבדה ועד לפריסת ימית נרחבת דורש להתגבר על מכשולים טכניים וכלכליים.

שיטות יישום

ציפוי Graphene יכול להיות מיושם באמצעות מספר שיטות, כל אחד עם עסקאות:

  • (FLT:0) תפילה: 1FLT ( 1) זוהי הגישה הניתנת ביותר עבור מבנים ימיים גדולים.השעיה של פתיתי גרפן במחולל צבע או מחוספסת על תת-קרקעית ההשפעה גבוהה עוזר ליישר את הפיאטים במקביל למשטח, למקסם את יעילות המחסום.
  • (FLT:0)Dip Fiting:FLT:1 substrates שקועים בפיזור גרפן ולאחר מכן נסוג בקצב מבוקר. שיטה זו מייצרת סרטים עקביים על ג'ממטות פשוטות, אך היא פחות מעשית עבור מבנים מורכבים כמו פירים מדחף או תאים פנימיים.
  • (FLT:0Brush/Roller Application:FLT:1 בעוד נוח עבור עומסי שדה, ציפויים מברשות-applied יש לעתים קרובות איכות נמוכה יותר במונחים של אוריינטציה flake ועקבות עובי. החוקרים מפתחים צבעי גרפן מברשות שעדיין מספקים תכונות מחסום טובות.
  • (FLT:0Chemical Vapor Deposition (CVDua): ההרחבה 1D יכולה לייצר סרטי גרפן איכותיים, גדולים-area ישירות על תת-קרקעית מתכת. שיטה זו מניבה את ביצועי המחסום הטובים ביותר, אך מוגבלת משטחים שטוחים וגיאומטריה קטנה, מה שהופך אותו ללא תחליף ליישום במבנים ימיים קיימים.

אכזבה ויציבות

Graphene נוטה agglomerate בשל כוחות חזק של ואן דר Waals בין הסדינים. agglomerate אלה ליצור פגמים בציפוי, המאפשר מינים קורוזיים לעקוף את המחסום. אסטרטגיות פיזור יעיל כוללים: Analy-shear ערבוב גבוה, והשימוש של גולשים או פולימרים עקביים.

ביצועים לטווח ארוך

עדה של ציפוי גרפן למצע יכול להיות בעייתי, במיוחד על פני השטח שאינם נקיים לחלוטין או שיש להם חלודה קיימת. דבקות ירודה מובילה לשחיקה ודמנציה. קדם-טיפולים כגון חולבסט, תחריט כימי או יישום של שכבת בטיחות ימית הוא לעתים קרובות הכרחי.

סקלאלה ועלויות

ייצור גרפין באיכות גבוהה הפך להיות יותר סביר בשנים האחרונות, עם מחירים עבור כמה שכבות גרפן גרף פייקניות יורד מתחת 100 / ק"ג עבור כמה ציונים.עדיין, העלות גבוהה יותר מאשר תוספות צבע קונבנציונלי כמו photch פוספט או טיטניום דו חמצני. עבור יישומים בקנה מידה גדול (למשל, ציפוי של supertanker), העלות החומרית של גרפן יכול להיות משמעותי, יתר על ידי גרפים, כולל פיתחו גרפים, עדיין לא לפתח סגסוגת.

בריאות ודאגות סביבתיות

Graphene הוא ננו-חומר, ואת ההשמדה או החשיפה העור במהלך הייצור והיישומים עשויים להוות סיכון בריאותי. בעוד גרפן גדול בציפוי מחוספס הוא כנראה לא אינפורמטיבי, הטיפול באבקות יבשות ויישומים ריסוס דורש להכיל נאותה וציוד הגנה אישי.בנוסף, גורלו הסביבתי של גרפן ששוחרר במהלך ציפוי או סילוק אינו מובן לחלוטין.

פרספקטיבה עתידית ומחקרים עתידיים

מחקר להגנת קורוזיה מבוססת גרפן להנדסה ימית מאיץ.כמה כיוונים מבטיחים יכולים לדחוף את הציפויים האלה לשימוש בזרם המרכזי בעשור הבא.

קידוד היברידי ורב-תפקודי

המגמה המרגשת ביותר היא פיתוח של ציפויים היברידיים המשלבים גרפן עם חומרים מתקדמים אחרים.לדוגמה, גרפן-פוימר ננוקוםטים טעון עם ביצוע פולימרים (למשל, פוליאנילין) יכול לספק הגנה מחסום ועברה אנדיקה בו-זמנית. Graphene-ceic היברידיs מציעים קשיחות קיצונית ויציבות תרמית עבור רכיבים עתירי זמן גבוה כמו מחסנים עצמיים.

פודקאסטים חכמים ל-Corrosion Monitoring

מוליכות החשמל של Graphene מאפשרת חיישנים משולבים בתוך הציפוי. החוקרים מפתחים מערכות "מרגיעות-as-a-sensor" שבו שינויים בחסר או קיבולת אות נוכחות של קורוזיה או ציפוי. שידור אלחוטי של נתונים אלה למערכת ניטור מרכזית יכול לאפשר תחזוקה מבוססת מצב במקום בדיקות ימיות קיצוניות כמו פלטפורמות אוויריות, כגון ניטור מרחוק זה הוא הראה רגישות מוקדמת של ברזל.

סינתזה ירוקה וקיימות

לחצים סביבתיים מניעים את הפיתוח של שיטות ייצור גרפן ירוק יותר, כגון אלקטרוכימיות מגרף באמצעות אלקטרוליטים מבוססי מים, או השימוש של גרפן מוגדל ביומסה. תהליכים אלה להפחית את השימוש בכימיקלים קשים וצריכת אנרגיה.בנוסף, ציפוי גרפן יכול להיות יותר בר קיימא: החיים שלהם יותר להפחית את תדירות של recoating, חיתוך פליטות ו-Life-ofreperrereme הם דוגמאות מתקדמות כדי לראות את התוצאות הראשוניות.

סטנדרט ואימוץ התעשייה

עבור ציפוי גרפן להיות מאומצים בהנדסה ימית, פרוטוקולים סטנדרטיים הם חיוניים. ארגונים כמו FLT:0 ânACE InternationalFilloFLT 1 ו ASTM פועלים על קווים מנחים להערכת ביצועים ננו-מתקניים. חברות סיווג (למשל, DNV GL, לויד's Register, ABS) מתחילים לסקור נתונים מספקי האימוץ של גרפן.

מעבר קורוזיה: הטבות ימיות נוספות

תכונות החיטוי של Graphene הן גם תחת חקירה.האנרגיה של פני השטח של החומר יכול להיות מכוון להתנגד היווצרות ביו-סרט, ופעילות photocatalytic שלה (כאשר בשילוב עם TiO2) יכול ליצור מינים חמצן תגובתיים להרוג אורגניזמים ימיים. A ציפוי כי בו זמנית למנוע קורוזיה וטעימה יהיה שינוי משחק עבור תחזוקה של אוניית hull, להפחית את צריכת הדלק מוקדם מציעה כדי להפחית גרף מ- 90% כדי להפחית את הפונקציונליות כדי להפחית את הפונקציונליות כדי להפחית את הפונקציונליות כדי להפחית את הפונקציונליות.

יישום נישה נוסף הוא ב-FLT:0[offshore אנרגיות מתחדשות בוהקות] מבנים, כגון קרנות טורבינות רוח ו להבים טורבינות טיטונלים. מבנים אלה נחשפים לפעולה מתמדת של גל ולעתים קרובות במקומות מרוחקים שבהם תחזוקה היא יקרה מאוד.מערכת ציפוי עמידת, ארוכה עם יכולת שימור עצמי, תשפר באופן ישיר את העוצמה הכלכלית של פרויקטים אנרגיה מתחדשת.

נוף מסחרי

(ב) כמה חברות מציעות כעת צבעי גרפן-נאנסד וראשי התיבות לשימוש ימי (FLT:0)GrapheneaphveFLT:1 אספקת פיזור גרפן עבור ציפויים, ואילו FLT:2XG SciencesFLT:2XG Sciences FLT 3 מייצר גרפים סטנדרטיים של גרף ננופלים לתוכנות אנטי-RLT5;

מסקנה

ציפויים מבוססי Graphene מייצגים שינוי פרדיגמה במאבק נגד קורוזיה ימית. תכונות מחסום בלתי-מותג שלהם, חיזוק מכני, יציבות כימית ופוטנציאל לפונקציונליות חכמה לטפל רבים של החולשות של ציפויים קונבנציונליים. בעוד אתגרים הקשורים לפיזור, קנה מידה, עלות, ואימות מתמשך, קצב החדשנות הוא חד-משמעי יותר.