Hệ Nano Polyelectrolyte chống ăn mòn-bảo vệ
kim loại
Trong bài này đề cập đến vấn đề sử dụng polyelectrolyte kết hợp với
chất ức chế ăn mòn, có vai trò như là lớp phủ, để tạo thành hệ chống ăn
mòn và có khả năng tự phục hồi khi có những tác động bên ngoài làm
trầy bề mặt lớp phủ.
Chế tạo lớp phủ
Daria và các cộng sự đã thực hiện 3 phương pháp phủ đó là: phun khô
(spray-drying), phủ quay (spin-coating) và phủ nhún (dip-coating), PEI-
PSS dùng để phủ, và so sánh 3 phương pháp bằng phổ Ir. Phổ Ir của
màng phun khô (hình a), phủ quay (hình b), phủ nhún (hình c) cho thấy
có sự khác biệt đáng kể ở cường độ peak.
Vùng hấp thu của PEI và PSS dùng phương pháp phun khô thì có cường
độ peak mạnh, và các peak hiện rõ ràng. Vùng hấp thu của bề mặt nhôm
1077 cm-1 và 1400 cm-1 cũng như 1642 cm-1 là sự hấp thu của nước
đều biến mất ở ba phổ. Nghĩa là màng polyelectrolyte đã tạo được liên
kết lên bề mặt nhôm. Vì vậy, 3 phương pháp đều cho kết quả là biến tính
bề mặt nhôm rất tốt.
Hình thái của lớp phủ
Hình 2 cho thấy hệ PEI-PAA (hình a) và PEI-PSS (hình b) đều cho thấy
có sự khác biệt về độ gồ gề của bề mặt. Nguyên nhân là do độ dày một
lớp PEI-PSS mỏng chỉ có 80nm, nên nó làm hiện ra độ gồ gề của bề mặt
nhôm, và độ dày PEI-PAA là 800nm nên có thể phủ lắp được sự gồ gề.
Ngược lại, lớp phủ PDADMAC-PSS ở hình c cho thấy có sự kết tụ các
hạt có kích thước 20-40nm phân bố trên bề mặt. Sự hình thành kết tụ có
thể là nguyên nhân của kết dính kém giữa PDADMAC với bề mặt kim
loại Al. Từ các kết quả này cho thấy lớp phủ PEI-PSS và PEI-PAA thì
bền và đồng nhất; Trong khi đó hệ PDADMAC-PSS thì bị kết tụ.
Kiểm tra quá trình ăn mòn của bề mặt nhôm có lớp phủ
Tác giả đã nghiên cứu tính chống ăn mòn của 3 hệ polyelectrolyte: PEI-
PAA, PEI-PSS và PDADMAC-PSS bằng cách sử dụng kỹ thuật quét
điện cực dao động (scanning vibrating electrode technique, SVET).
Phương pháp SVET tạo ra một giản đồ mật dòng điện trên bề mặt mẫu,
cho phép hiển thị dòng catot và anod trong vùng ăn mòn.
Để có thể thúc đẩy sự ăn mòn xảy ra, nên bề mặt nhôm đã phủ
polyelectrolyte được rạch trầy, ngâm trong dung dịch muối NaCl 0.1M.
Đường màu đỏ, màu xanh lam ở hình A là dòng anot (đặc trưng tính oxi
hóa, ăn mòn) và catot (đặc trưng tính khử, không ăn mòn) (micro A/
cm2).
- Hệ PDADMAC-PSS
Hình A cho thấy trong 12h dòng ăn mòn (màu đỏ) xuất hiện. Hình B cho
thấy trong thời gian 3 giờ ngâm, có xuất hiện cực anod (đỉnh màu cam)
và catot (vùng màu lam) trong thời gian thí nghiệm cho thấy có sự phát
triển ăn mòn ở vết rạch trên bề mặt mẫu. Sự ăn mòn của vết trầy được
quan sát bằng ảnh SEM (hình C).
PDADMAC và PSS có mật độ điện tích cao nên tương tác giữa chúng
quá chặt chẽ. Ngoài ra, có sự hình thành của một lớp phức giữa
PDADMAC và PSS cũng làm cho tương tác giữa PDADMAC với bề
mặt kim loại yếu.
- Hệ PEI-PSS
Lớp phủ PEI-PSS cho thấy tính bảo vệ kim loại, chống ăn mòn rất tốt. Ở
hình C cho thấy không có bất kỳ dấu hiệu nào của sự phát triển ăn mòn,
lớp rạch trầy trên bề mặt nhôm (được chỉ mũi tên). Ở hình A, B không
có xuất hiện sự tăng mật độ dòng theo thời gian trong 12h. Ở hình B
không có sự tập trung ăn mòn tại một chỗ như ở hình 4B, các đỉnh ăn
mòn giảm cường độ mạnh gần với nhiễu nền.
- Hệ PEI-PAA
Cũng như hệ PEI-PSS, hệ PEI-PAA cũng thể hiện được khả năng bảo vệ
kim loại trong môi trường ăn mòn. Giản đồ SVET của hệ PEI-PAA cho
thấy trong khoảng thời gian 7 giờ ngâm thì có thấy xuất hiện sự ăn mòn
(Hình 6A, bên trái). Hệ đệm PEI-PAA đã ngăn chặn được sự phát triển
ăn mòn trong thời gian 30 phút sau đó. (Hình 6A, bên phải). Giản đồ mật
độ dòng theo thời gian (hình 8B) chứng tỏ hiệu quả ngăn chặn sự phát
triển của ăn mòn trong vòng 12h và chỉ xuất hiện duy nhất một dấu hiệu
xảy ra sự ăn mòn. Sự bảo vệ của PEI-PAA yếu hơn PEI-PSS được giải
thích là do sự nhấp nhô của bề mặt lớp phủ làm tăng sự thấm nước vào
hệ polyelectrolyte.