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산화 그래핀의 제조 및 특성 규명

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산화 그래핀의 제조 및 특성 규명

과학 보고서 13권,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8946(2023) 이 기사 인용

428 액세스

측정항목 세부정보

본 연구에서는 다양한 농도(0.5~3wt.%)의 그래핀 옥사이드(GO) 나노입자가 로딩된 아크릴-에폭시 기반 나노복합체 코팅이 용액 삽입 접근법을 통해 성공적으로 제조되었습니다. 열중량 분석(TGA) 결과, GO 나노입자를 폴리머 매트릭스에 포함시키면 코팅의 열 안정성이 증가하는 것으로 나타났습니다. 자외선-가시광선(UV-Vis) 분광법으로 평가한 투명도는 GO의 가장 낮은 로딩 속도(0.5wt.%)가 들어오는 방사선을 완전히 차단하여 투과율이 0%인 것으로 나타났습니다. 또한, 물 접촉각(WCA) 측정 결과, GO 나노입자와 PDMS를 폴리머 매트릭스에 통합하면 표면 소수성이 현저히 향상되어 87.55°의 가장 높은 WCA를 나타냄이 나타났습니다. 또한 크로스해치 테스트(CHT)에서는 모든 하이브리드 코팅이 각각 4B 및 5B 등급을 받아 탁월한 표면 접착 특성을 나타내는 것으로 나타났습니다. 더욱이, FESEM(Field Emission Scanning Electron Microscopy) 현미경 사진을 통해 GO 표면에 작용기가 존재하면 화학적 기능화 과정이 촉진되어 우수한 분산성을 얻을 수 있음이 확인되었습니다. 최대 2wt.%의 GO 조성은 폴리머 매트릭스 내에서 GO 나노입자의 탁월한 분산 및 균일한 분포를 나타냈습니다. 따라서 그래핀과 그 파생물의 고유한 특징은 부식 방지 응용 분야를 위한 새로운 종류의 나노필러/억제제로 등장했습니다.

부식은 주변 환경에서 전하 이동 반응을 통해 금속이 열화되어 금속 표면이 파괴되는 경우입니다1,2,3. 전 세계적으로 부식은 사회에 큰 위협이 되고 인간에게 해를 끼치며 주요 산업 문제를 야기합니다4,5,6. 또한 부식을 완전히 방지하는 것은 불가능하지만 최소화하고 지연시킬 수 밖에 없는 것으로 보고되었습니다7. 대부분의 산업이 부식과 관련된 문제에 직면해 있기 때문에 재료를 부식으로부터 보호하기 위한 몇 가지 중요한 단계를 개발하기 위해 상당한 노력을 기울였습니다. 또한, 수많은 부식 방지 전략이 실행되고 있음에도 불구하고 구성 요소의 수명을 더욱 늘려야 할 필요성이 여전히 큽니다8. 예를 들어 표면 처리, 보호 코팅, 전기화학적 음극 보호 및 녹색 부식 억제제와 같은 방법을 사용하여 금속 분해를 초래하는 주요 전기화학적 발생을 늦추거나 완전히 억제했습니다9,10. 흥미롭게도 현대 산업에서는 금속 구조물의 부식을 방지하기 위해 유기 코팅이 널리 적용되었습니다. 또한 유기 코팅은 저렴한 비용, 다양한 기판에 대한 우수한 접착력, 높은 화학적 및 열적 안정성, 높은 전기 저항, 우수한 치수 안정성, 높은 인장 강도 및 높은 가교 밀도와 같은 특별한 기능을 가지고 있습니다. 그럼에도 불구하고 유연성 및 충격 저항성이 낮고 부식제(예: 산소, 물, 염화물 이온 등)가 코팅/금속 경계면에 침투하고 코팅 준비 중 미세 기공이 생성되는 등 부식 방지 측면에서 몇 가지 단점이 있습니다. 깔끔한 에폭시 수지 코팅을 통해 전시되었습니다. 따라서 이로 인해 코팅 접착력이 손실되어 코팅된 기판의 품질이 더욱 저하되었습니다.

최근 몇 년간 소수성 특성을 지닌 나노복합 코팅과 유기-무기 하이브리드가 부식되기 쉬운 재료의 수명을 크게 향상시켜 막대한 비용 절감 효과를 가져왔다는 것이 많이 보고되었습니다. 현재까지, 극한 환경 조건에서 재료의 수명을 늘리기 위해 업계의 주요 목표는 견고한 산화 및 부식 방지 코팅을 생산하는 것이었습니다. 따라서 기존 코팅과 비교하여 나노 구조 재료 공학은 훨씬 더 오래 지속될 수 있는 환경 친화적인 부식 방지 코팅을 설계할 수 있는 유망한 경로를 가능하게 했습니다8. 2005년에 발견된 2차원(2D) 소재인 그래핀은 원자 1개 두께의 \({sp}^{2}\) 하이브리드 탄소나노구조체로 구성되어 있어 전 세계에 영감을 주었고 복합재료의 응용 분야를 넓혔습니다15 ,16,17,18. 또한 높은 비표면적, 열적 및 화학적 안정성, 화학적 불활성, 이온 확산 불침투성, 우수한 전기 전도성 및 높은 기계적 강도와 같은 뛰어난 특성으로 인해 이 재료는 금속 부식 제어 및 보호를 위한 유망한 후보가 됩니다. . 그럼에도 불구하고, 그래핀을 금속 표면에 직접 고정시키는 것이 어렵고, 수성 또는 비수성 용매에 대한 분산성이 좋지 않으며, 제조 방법으로 인해 발생하는 비용, 더 높은 농도에서 사용 시 응집되는 경향으로 인해 그래핀의 실제 사용은 제한되어 왔습니다. . 또한 그래핀 시트는 화학적으로 불활성이므로 폴리머 매트릭스와의 다양한 상호 작용이 방지되어 복합재에서 필러-필러 응집이 확장됩니다.

 95 wt.%) and oxygen (< 2 wt.%) and bulk density of 0.04 g/ml was purchased from Sigma-Aldrich, Malaysia./p> 80%)47. Moreover, Bao et al. demonstrated that by just employing 0.7 wt.% of graphene in pristine polymer, a tenfold rise of the optical absorption of a composite was observed in an ultraviolet-near infrared (UV-NIR) range48. In other words, the tunability of optical properties plays a vital role for progress in the application development, however, there is a lack of literature in relation to the optical transmission/absorption of graphene-based composite materials since it has only been investigated in visible or NIR range. Hence, significant efforts are required to systematically investigate the influence of GO content on these properties. In this approach, the optical properties of GO-based coatings with variable concentrations (0.5–3 wt.% GO) in PDMS polymeric matrix were investigated. Furthermore, it was clearly observed that the lowest content of GO (0.5 wt.%) was sufficient to totally block the incoming irradiation. By referring to Table 1 and Fig. 1 respectively, it can be seen that the coating thickness for all samples was reported to be high, in the range between 123 to 477 µm. Therefore, it was expected that optical transmittance to be extremely low, as illustrated in Fig. 3. Alternatively, Qi Wang et al. investigated the optical transmittance of the PDMS based microcrystalline graphite powder composites samples having different concentrations of graphite powder (0.15%, 0.25% and 0.42%) within the 300–1000 nm wavelength range49. The results were compared with sample containing pure PDMS. Here, it was observed that the pure PDMS sample exhibited 90% transmittance, however, the sample containing the highest content of graphite powder (0.42%) exhibited the lowest transmittance close to zero percent49. In other words, by incorporating higher content of graphene and GO nanoparticles, the thickness of the coating/film will increase, thus, resulting the optical transmittance to be extremely low (approaching zero percent). Furthermore, in another study, Zeranska-Chudek et al. reported similar trends at 0.5 wt.% graphene loading, whereby the drop of transmittance reached a saturation point, in this case zero percent transmittance, where no light was transmitted by this coating sample, thus, making it completely opaque in the range between 200 to 800 nm50. In addition, it was further demonstrated that the samples containing the lowest graphene content (< 0.02 wt.%) were almost fully transparent, however, as the content of graphene increased to 1.5 wt.%, the composite totally blocked the visible light50. Intuitively, the addition of graphene/GO nanoparticles into the polymer matrix lowered the transparency almost evenly, without changing the shape of the spectra. Hence, all the coating samples exhibited similar feature to single or multi-layered GO composite coating sample in the UV-IR range. In short, due to the relatively high thickness of the coating samples and with the increment of GO addition into the polymer matrix, this resulted the optical transmittance to be unmeasurable./p> 2 wt.%), which resulted the CA values to slightly decrease./p>

3.0.CO;2-D" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291097-4628%2819990124%2971%3A4%3C585%3A%3AAID-APP10%3E3.0.CO%3B2-D" aria-label="Article reference 3" data-doi="10.1002/(SICI)1097-4628(19990124)71:43.0.CO;2-D"Article CAS Google Scholar /p>