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lunes, 14 de mayo de 2018

Recubrimientos de grafeno contra la corrosion vitrea.

Generalmente, cuando hablamos de corrosión, existe una tendencia a pensar únicamente en el fenómeno de desintegración de los metales, pero también el proceso es aplicable a otro tipo de materiales tales como el vidrio.

En el caso del vidrio, cuando la superficie se vuelve traslúcida y áspera, o presenta una coloración blanquecina, se tiende a pensar que se trata de deposiciones calcáreas, cuando en realidad se trata de un fenómeno de corrosión. 
La corrosión del vidrio es de gran importancia para la industria, especialmente en sectores tales como el envasado de productos farmacológicos y cosméticos, material de análisis en los laboratorios químicos (probetas, buretas, etc.,) y muy especialmente en la industria óptica (gafas, microscopios, fotografía, industria fotovoltaica, etc.
Aunque el vidrio en general posea una elevada resistencia química, el vidrio puede corroerse en ambientes húmedos y cálidos, especialmente cuando en su composición básica esté presente el SiO2 en forma de silicatos, (formulación de vidrio más comúnmente utilizada).
Tanto es así que en un reciente trabajo publicado en la revista ACS Nano por investigadores coreanos del Institute for Basic Science y el Ulsan National Institute of Science and Technology,  los científicos han mostrado que un recubrimiento de grafeno puede prevenir el efecto de la corrosión en este tipo de vidrios al actuar como una barrera que impide la difusión de iones protegiéndolos contra la corrosión.
El proceso de corrosión del vidrio en contacto con el agua se describió hace ya unas décadas y consiste en un complejo y lento proceso que implica una difusión e intercambio de iones en la superficie del vidrio. El proceso empieza con la adsorción del agua en la superficie del vidrio, momento en el que iones de hidrógeno difunden dentro de la estructura del vidrio y se intercambian con iones de metales alcalinos presentes en la estructura, especialmente de Na2O. Como resultado de esto, en la superficie del vidrio se acumulan los iones hidroxilo, que serán los que provoquen la corrosión del vidrio al romper los enlaces siloxano del SiO2 que constituye la base del material. La composición del vidrio y el pH del agua, por tanto, influirán claramente en todo el proceso.
Para combatir este proceso de corrosión, desde hace tiempo se habían probado distintos métodos como recubrimientos poliméricos o la aplicación de nanotubos de carbono para formar una barrera protectora. El objetivo ideal sería el de un recubrimiento delgado, transparente, poco permeable al agua y resistente químicamente, características que cumple el grafeno a la perfección. De hecho, ya se había empleado con éxito para proteger superficies de cobre o níquel de la oxidación.
En el presente trabajo, los autores estudiaron la evolución de los defectos que pudiesen aparecer en la superficie de tres muestras distintas tras introducirlas en agua destilada a 60ºC durante 120 días. Una de las muestras era una lámina de vidrio sin ningún tratamiento; otra era la misma lámina a la que se le había transferido una capa de grafeno (G1) y la última era otra lámina con dos capas de grafeno (G2). Estas capas de grafeno, fabricado mediante CVD, se colocaron en ambas caras de las piezas de vidrio.
Mediante Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) se siguió la evolución de la corrosión de cada una de las muestras a intervalos regulares. Los resultados mostraron que la muestra sin capa protectora alguna sufría un importante desgaste en la superficie durante los primeros 40 días, con amplias zonas de topografía muy irregular que, con el tiempo, se iban suavizando hasta desgastarse toda la superficie uniformemente pero de forma más suave. Los investigadores achacan este hecho a una combinación de corrosión química y una posterior erosión física. En contraste, las muestras a las que se les aplicó algún recubrimiento de grafeno apenas mostraron cambios en su superficie en los 120 de experimento. Además, tampoco se observaron diferencias significativas entre la muestra G1 con una capa de grafeno y la G2, con dos capas.
Los efectos de la corrosión se comprobaron además mediante ensayos de fractura de las muestras, comprobando la variación de su resistencia mecánica según el tiempo de inmersión en el agua destilada. Los resultados mostraron tendencias paralelas a las imágenes del AFM; esto es, con el tiempo, la muestra sin recubrimiento sufría un descenso en la resistencia a la fractura mientras que las muestras G1 y G2 mantenían su resistencia prácticamente constante después de los 120 de inmersión.
Los investigadores concluyen que se trata de un método prometedor para la protección del vidrio de silicato frente a la corrosión, aunque el reto en la actualidad es todavía el de obtener grandes superficies de grafeno CVD que se puedan transferir fácilmente a las superficies de vidrio a proteger. Sin embargo, bastaría con una capa de grafeno, ya que los resultados muestran que solo esta capa es suficiente para obtener una buena resistencia, siendo además mejor para aplicaciones ópticas ya que su transmitancia es obviamente mayor.