اطروحة دكتوراه في التربية للعلوم الصرفة تناقش دراسة المتراكبات النانوية الهجينة القائمة على صفائح الغرافين النانوية
الاء الطائي
نوقشت في كلية التربية للعلوم الصرفة جامعة بابل اطروحة الدكتوراه لطالب الدراسات العليا احمد نجم عبيد سالم قسم الفيزياء الموسومة : ((دراسة المتراكبات النانوية الهجينة القائمة على صفائح الغرافين النانوية: التشخيص والتطبيق Unravelling the Hybrid Nanocomposites Based-Graphene Nanosheets: Characterization and Application)) بأشراف الاستاذ الدكتور احسان ضياء جواد وهي كجزء من متطلبات نيل درجة الدكتوراه في علوم الفيزياء.
اوضح الباحث ان الجرافين يتميز بخصائص فريدة مرتبطة باعتباره من أفضل المواد النانوية القابلة لتعديل تركيب وتحسين خصائص المواد لتطبيقات واسعة مثل حمايتها من الظروف الجوية ومقاومة التآكل .
تضمنت الدراسة تطوير سلسلة من الطلاءات المضادة للتآكل القائمة على أكسيد الجرافين (GO) في هذا التحقيق, و تم انشاء أنظمة الطلاء متعددة الطبقات تتكون من طبقة معالجة مسبقة (GO- ثلاثي أمينو بروبيل إيثوكسي سيلان ((SCA) / طبقة طلاء تمهيدي (ايبوكسي (EP)) / طبقة طلاء علوية (GO-SCA /EP /GO –البولي بوريثين (PU)).
تم استخدام طريقة خلط المحلول -صوتنه لتصنيع طبقات طلاء منخفضة التكلفة وعالية الكفاءة,كما تم استخدام طريقة الغمر والطلاء بالرش (SCM) لتطبيق أنظمة طلاء متعدد الطبقات على سبيكة الالمنيوم (AA 2024-T3).
تم تقيم خصائص أنظمة الطلاء باستخدام مختلف التقنيات تحليلية مثل مطيافية الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR)، حيود الأشعة السينية (XRD)، المجهر الإلكتروني الماسح (FESEM)، التحليل الحراري الوزني (TGA)، اختبار التصاق الفتحة المتقاطع، والتحليل الطيفي للمانعة الكهروكيميائية (EIS).
النتائج قسمت إلى قسمين: ركز القسم الأول على توصيف طبقة المعالجة المسبقة كطبقة تنشيط بنسب 10, 30, 50 wt.% من GO SCA - قبل تطبيق طلاء EP، وتقييم الأداء المضاد للتاكل لـنظام الطلاء GO-SCA/EP على ركيزة AA 2024-T3 المنشطة وغير المنشطة. بينما ركز القسم الثاني على توصيف اثر تعزيز طبقة الطلاء العلوية من البولي يوريثان بـ 1, 2, 3 wt.% من GO، وتقييم أداء لنظام طلاء 50% GO-SCA/EP/ 1-3 wt.% GO-PU على ركيزة AA 2024-T3.
بالنسبة لنظام طلاء GO-SCA / EP، تم تأكيد المجموعات الوظيفية باستخدام FTIR. حيث أظهر تكوين رابطة تساهمية ناجحة بين مجموعتي الأمين والسيلانول لـ SCA والمجموعات الوظيفية لـ GO. يشير ظهور ذروة حيود GO في منحني GO-SCA في نتائج XRD إلى إقحام SCA في الصفائح GO النانوية. في تحليل FESEM، أظهرت الصور أن GO تمت تغطيته وأصبح على شكل شبكة بعد تعديله بطبقات SCA بدون تجميع المرئي لـ GO. كشفت نتائج EIS عن تحسينات في مقاومة التآكل لجميع عينات طلاءGO-SCA/ EP. ومن المثير للاهتمام، نظام طلاء GO-SCA/Ep 50% أظهر تحسنًا كبيرًا في الممانعة الحقيقية (zre) بنسبة تصل إلى 759% مقارنة بأنظمة الطلاء الأخرى، وتمت إزالة 5% فقط من الطلاء في اختبار الالتصاق. ويرجع ذلك إلى أن تطبيق طبقة طلاء SCA-GO زاد من الترابط البيني بين ركيزة الألمنيوم وطبقة طلاء الإيبوكسي التمهيدية.
بالنسبة لنظام طلاء 50 % GO-SCA/EP/1-3 wt.% GO-PU، في تحليل FTIR أظهرت مساهمة الصفائح GO النانوية تفاعلًا بينيًا تكون مع طبقة طلاء العلوية PU عن طريق تكوين روابط بين مجموعة الأيزوسيانات (NCO) من PU ومجموعات الكربوكسيل (COOH) والهيدروكسيل (OH) على سطح GO. في تحليل XRD، كانت ذروة الحيود لــ GO داخل مصفوفة PU واضحة مع زيادة التركيزات إلى 2, 3 wt.%، وتغيرت قمم الحيود في عينات الاختبار، والانزياح الطفيف نحو اليسار لموضع الذروة، مما يثبت وجود تفاعل بين الصفائح النانوية والبوليمر. في تحليل FESEM، كان تأثير GO على بنية مصفوفة PU واضحًا في عينات الاختبار، مع انخفاض أو غياب كامل للمسام أو الشقوق بعد إضافة GO. في نتائج TGA، عززت مساهمة GO في الطلاء العلوي الاستقرار الحراري، وأظهرت عينات الاختبار
1, 2, 3 wt.% GO-PU تحسنًا في الاستقرار الحراري بنسب 46%, 208% , 336% على التوالي. في اختبارات EIS تفوق نظام طلاء 50% GO-SCA/EP/2%GO-PU على أنظمة الطلاء الأخرى حيث أظهر تحسنًا كبيرًا في Zre بنسبة تصل إلى 9068 % مقارنة بأنظمة الطلاء الأخرى. علاوة على ذلك، تمت إزالة 5% فقط من الطلاء في اختبار الالتصاق. ويرجع ذلك إلى ان تضمينGO ضمن نظام متعدد الطبقات عزز الترابط بين الطبقات وحسن مقاومة التآكل والالتصاق بركيزة الألمنيوم.
تؤكد النتائج التجريبية الحماية من التآكل لركيزة AA 2024-T3 باستخدام نظام طلاء متعددة الطبقات وتوفر طريقة صديقة للبيئة لحماية المعادن. لذلك، من المتوقع أن يكون نظام الطلاء المطعمة GO مرشحًا واعدًا لتطبيقات مقاومة التآكل، مثل الفضاء والسيارات ومواد التعبئة والتغليف والتطبيقات الأخرى.