خوردگی در دنيای نانو

[ghasem motamedi]

خوردگي، 3% درآمد ناخالص ملي محصولات جهان را تحت تأثير قرار مي‌دهد. از نگاه مثبت، خوردگي شيميايي سطوح فلزي ممکن است به ايجاد نانوساختارهاي سطحي منجر شود که مي‌تواند کاربردهاي فني جالب توجهي چون کاتاليزور و حسگرها را به همراه داشته باشد. بنابراين، درک بهتر از فرآيندهاي خوردگي هم در پيشگيري و هم در بهره‌وري از آن لازم است.
دانشمندان مرکزESRF به همراه دانشمندان آلماني به يک فرآيند خود ساماني(Self- Organization) روي سطح آلياژ فلزي پي برده‌اند که در تعيين پاسخ اين فلز به خوردگي اهميتي حياتي دارد. در واقع، در اين بررسي، با استفاده از پرتوهاي X حاصل از سينکروترونESRF ، توصيفي ساختاري با دقت مقياس اتمي به دست مي‌آيد که در آن ترکيب شيميايي و ساختار يك لايه سطحي محافظ که از خوردگي بيشتر جلوگيري مي‌کند، روشن مي‌شود.

شکل 1- مدل ساختاري يک لايهPassivationفوق نازک که از داده‌هاي پراش پرتوXبه دست آمده است. اتم‌هاي طلا با کره‌هاي روشن و اتم‌هاي مسبا کره‌هاي تيره نشان داده شده‌اند. چيدمانABCماده پايه در لايه بلوري رويي معکوس شده است و دو لايه بالاتر تنها به صورت جزئي اشغال شده‌اند.

محققان مؤسسه ماکس پلانک آلمان و مرکز ESRF از چشمه نور سينکروترون براي توليد مجدد شروع فرآيند ناگهاني خوردگي در آلياژ مس – طلا استفاده نمودند. همانطور که مي‌دانيم طلا از فلزات نجيب است که دچار خوردگي نمي‌شود اما مس اگر چه از عناصر واسطه به شمار مي‌آيد اما نسبت به طلا در رده پائينتري قرار داشته و لذا بيشتر در معرض خوردگي شيميايي قرار دارد. لذا آلياژ طلا – مس با دارا بودن لايه بسيار نازک غني از طلا مکانيسمي پيدا مي‌کند که مي‌تواند خود را در برابر خوردگي محافظت نمايد. اين لايه نازک ساختار بلوري غير عادي و بسيار منظمي دارد. با پيشرفت فرآيند خوردگي، اين لايه به صورت نانوجزيره‌هايي از طلا به ابعاد 1.5 تا20 نانومتر درمي‌آيد و نهايتاً اين جزيره‌ها لايه فلزي متخلخلي از طلا تشکيل مي‌دهند که مي‌تواند داراي کاربردهاي فني مختلفي باشد.
به گفتهTorge Zegenhagen يکي از محققان اين طرح، درک و کنترل شکل‌گيري اولين لايه و اين نانوجزيره‌ها مي‌تواند به توليد نانوموادي با خواص ويژه کمک نمايد.

محققان به منظور انجام چنين آزمايش‌هايي، نمونه را در يک پيل الکتروشيميايي محتوي اسيد سولفوريک قرار دادند تا پس از اعمال ولتاژ بتوانند فرآيند خوردگي اوليه را مشاهده نمايند. فرانك دينر يکي از محققان طرح مي‌گويد: ”ما از ترکيب تحليل‌هاي سه بعدي دقيق ساختار با آزمايش‌هاي پراکندگي نامنظم، قبل از آنکه خوردگي‌هاي شديدتري اتفاق بيفتد، به جزئيات زيادي از ارزيابي ساختاري و اطلاعات شيميايي مربوط به آن دست يافتيم“.
از اين ديدگاه جديد مي‌توان در آلياژهاي مختلف که در محيط‌هاي خورنده به کار مي‌روند و نيز در موادي که بتواند از چنين ويژگي‌ در تشکيل فلزات متخلخل مطابق با نيازهاي فني بهره برند، استفاده كرد.

شكل 2- تصويري که از ميکروسکوپ اتمي قبل و پس از اعمال ولتاژv450 mAg/AgClبه دست آمده در چنين پتانسيلي، محققان توانستند با انجام آزمايش پراش پرتوXشکل گيري جزيره مانندهايي به ضخامت 2 تا 3 نانو متراز طلا را مشاهده نمايند که نمونه‌اي از چين خوردگيهاي سطحي است.

اگر چه فرآيند خوردگي آلياژ مس – طلا جديداً شناخته شده است خود اين فرآيند قرنها بود که وجود داشت. فلز کارها در زمان اينکاهاي (Incas) باستان، ذخاير گرانقيمت طلاي خود را با مس مخلوط مي‌کردند و سپس آلياژ به دست آمده را در مواد نمکي قرار مي‌دادند. اين کار محيطي اسيدي ايجاد کرده و مس لايه بالايي را در خود حل مي‌کرد و يک سطح غني از طلا ايجاد مي‌شد که آماده پرداخت بود. نتايج اين تحقيق در مجله Nature به چاپ رسيده است.