Legering uit zwavel en selenium blijkt zeer effectief tegen corrosie

Een isolator vervaardigd uit zwavel en selenium dat is ontwikkeld als materiaal voor flexibele apparaten, blijkt ook zeer effectief als anticorrosiecoating voor staal. Het materiaal is ontwikkeld door onderzoekers van de Amerikaanse Rice University.

Het materiaal is ontwikkeld door Pulickel Ajayan, een materiaalwetenschapper van de Rice University. Het materiaal isoleert beter dan de meeste andere flexibele materialen en is daarnaast ook flexibeler dan de meeste andere diëlektricum. Dit maakt het materiaal zeer geschikt voor gebruik in elektronicacomponenten in bijvoorbeeld opvouwbare telefoons.

Meer toepassingen

Samen met andere onderzoekers zocht Ajayan echter naar meer potentiële toepassingen van het nieuwe materiaal. Zij zijn daarom met het materiaal gaan experimenteren. “Nog voordat wij voor het eerst over het materiaal rapporteerden zochten we al naar meer toepassingen”, zegt materiaalonderzoeker Muhammad Rahman, hoofdonderzoeker en assistent-wetenschapper op het gebied van materiaalwetenschap en nanoengineering bij de George R. Brown School of Engineering. “We dachten daarom: laten we het in zout water stoppen en kijken wat er gebeurt.”

Promovendus en een van de auteurs van de onderzoekerspaper M.A.S.R. Saadi: “Daarnaast ontdekten we dat de visco-elastische coating zelfhelend is.”

Toepasbaar op infrastructuur

De onderzoekers voerden experimenten uit op zowel de Rice University als de South Dakota School of Mines and Technology uit. Hieruit blijkt dat het materiaal onder meer kansen biedt voor infrastructuur zoals gebouwen, bruggen en andere objecten van staal die beschermd moeten worden tegen de elementen.

De zwavel-selenium combinatie bevat volgens de onderzoekers de beste eigenschappen van anorganische coatings zoals zink- en chromium-gebaseerde legeringen. Deze legeringen bieden bescherming tegen vocht en chloorionen, maar niet tegen zwavelreducerende biofilms. Deze eigenschappen combineert het materiaal met eigenschappen van polymeer-gebaseerde coatings. Deze coatings beschermen beschermen staal onder abiotische omstandigheden, maar zijn vatbaarder voor corrosie door microben.

Maand in zeewater ondergedompeld

Het materiaal is door de onderzoekers aan verschillende testen onderworpen. Zo plaatste zij een coating van het materiaal op zacht staal. Deze combinatie is net als een onbehandeld stuk zachte staal een maand lang in zeewater ondergedompeld. In deze periode bleek het gecoate staal geen veranderingen te tonen. Het standaard zachte staal was echter significant verroest.

Zwavel-afbrekende bacteriën kunnen corrosie tot 90 keer versnellen ten opzichte van abiotische materialen. Samples met en zonder coating zijn bij wijze van test voor een periode van dertig dagen blootgesteld aan plankton en biofilms. Op basis hiervan melden de onderzoekers dat de coating een remmingsefficiëntie van 99,99% biedt.

Ook vergeleken de onderzoekers hun coating met commercieel beschikbare coating met een vergelijkbare dikte van ongeveer 100 microns. Ook op dit vlak blijkt de zwavel en selenium coating goed te presteren.

Zelfhelende vermogen

Tot slot is het zelfhelende vermogen van het materiaal getest door een film in tweeën te snijden en de twee helden naast elkaar te leggen op een warmteplaat. De gescheiden onderdelen hechtten zich in een periode van ongeveer twee minuten weer aan elkaar. Het materiaal is hierbij verhit tot ongeveer 70 graden Celsius en kan op vergelijkbare wijze worden gevouwen als de originele film. Kleine gaatjes in het materiaal dichten in ongeveer 15 minuten indien het materiaal tot 130 graden Celsius is verwarmd.

“Indien je de legering aanstoot, herstelt het”, zegt Rahman. “Indien het snel moet herstellen ondersteunen we dit met behulp van warmte. Maar na verloop van tijd helen zelfs de meest dikke samples uit zichzelf.” Rahman wijst er hierbij wel op dat nog onderzocht moet worden of dunne lagen van ongeveer 100 microns eveneens zonder assistentie kunnen helen.

Mogelijk ook toepasbaar op elektronica

De toepassingen van de coating zijn vermoedelijk niet beperkt tot infrastructuur. “Het eerste doel bestaat uit structuren. We zijn ons echter bewust dat ook de elektronica-industrie met dezelfde problemen met corrosie kampt”, zegt Ajayan. “Er liggen kansen.”

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Bron foto: Pixabay / Free-Photos