నానోమెడిసిన్ & బయోథెరపీటిక్ డిస్కవరీ జర్నల్
అందరికి ప్రవేశం

నైరూప్య

గ్రాఫేన్‌తో తుప్పు రక్షణ

బి. మున్జింగ్

గ్రాఫేన్, సిద్ధాంతపరంగా గ్రాఫైట్ యొక్క పరమాణు పొర, ఇప్పుడు పెద్ద పారిశ్రామిక స్థాయిలో ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది. ఈ ప్రక్రియలు చాలా వరకు కొన్ని లేయర్ గ్రాఫేన్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తాయి. ఆరవ మూలకం వివిధ రకాలైన గ్రాఫేన్‌లను వివిధ అనువర్తనాల కోసం నిర్దిష్ట రూపకల్పన లక్షణాలతో తయారు చేయడానికి యాజమాన్య ప్రక్రియను ఏర్పాటు చేసింది. ద్రావకం ఆధారిత తుప్పు రక్షణ పూత వ్యవస్థల్లో జింక్‌ను తగ్గించడంపై దృష్టి సారించి పూతల్లో గ్రాఫేన్‌ను ఎలా ఉపయోగించాలనే దానిపై పరిశోధన ఇప్పటికే 2013లో ప్రారంభమైంది. అధిక జింక్ కంటెంట్ ఉన్న ప్రామాణిక ప్రైమర్‌లలో, జింక్ కాథోడిక్ త్యాగం పొరగా పనిచేస్తుంది, ఎందుకంటే జింక్ మరింత ఇగ్నోబుల్ మెటల్, కాబట్టి అండర్‌లేయింగ్ మెటల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ను రక్షిస్తుంది. జింక్ మరింత ఎక్కువగా ఆక్సీకరణం చెందినప్పుడు, ఫలితంగా జింక్ ఆక్సైడ్ ఒక అవరోధాన్ని ఏర్పరుస్తుంది, ఇది మెటల్ ఉపరితలంపై పరిసర మీడియా (నీరు, ఉప్పు) దాడిని నిరోధిస్తుంది. సిస్టమ్ యొక్క ఏదైనా కాథోడిక్ ఫంక్షన్‌కు మద్దతు ఇచ్చేంత విద్యుత్ వాహకత కలిగి ఉండటం మరియు బ్యాటరీ సెల్‌ను ఉత్పత్తి చేయకుండా ఒక అవరోధంగా పనిచేయడం వంటి గ్రాఫేన్ రకాన్ని రూపొందించడం ఇప్పుడు ఆలోచన. మరొక అవసరం ఏమిటంటే, అటువంటి గ్రాఫేన్‌ను పూత పరిశ్రమలో ఉపయోగించే ప్రామాణిక పరికరాలతో ప్రాసెస్ చేయవచ్చు. చైనాలో పారిశ్రామిక భాగస్వామి అయిన టాప్పెన్ కోతో సహకరిస్తూ, గ్రాఫేన్ రకం SE1132 అభివృద్ధి చేయబడింది. ఇది మధ్యస్థ వాహకత కలిగిన కొన్ని పొరల గ్రాఫేన్. ఎపాక్సీ ప్రైమర్ సిస్టమ్‌కు 1 % SE1132 జోడించడం మరియు జింక్ కంటెంట్‌ను 25%కి తగ్గించడం (పొడి పదార్ధం ఆధారంగా) ప్రామాణిక జింక్ రిచ్ ఎపాక్సీ ప్రైమర్‌తో పోలిస్తే సాల్ట్ స్ప్రే టెస్టింగ్ మరియు వాటర్ కండెన్సేషన్ టెస్టింగ్‌లో గణనీయమైన మెరుగుదలలను చూపుతుంది. అటువంటి వ్యవస్థ యొక్క తుప్పు ప్రవాహాన్ని కొలవడం ద్వారా ఫలితాలు నిర్ధారించబడ్డాయి. ఈ అభివృద్ధికి చైనా మరియు USలో ఆరవ మూలకం పేటెంట్ మంజూరు చేయబడింది. చైనీస్ అధికారుల స్వతంత్ర పరీక్షల ఆధారంగా సిస్టమ్) ఆఫ్-షోర్ అప్లికేషన్‌ల కోసం ఆమోదించబడింది, మొదట 2015లో ఆఫ్-షోర్ విండ్ ఎనర్జీ టవర్ యొక్క ఉక్కు నిర్మాణాన్ని రక్షించడానికి వర్తించబడుతుంది.

ఇటీవల, అదనపు వర్ణద్రవ్యాలతో పాటు జింక్‌ను కలిగి ఉన్న కొత్త ప్రైమర్‌లు ప్రవేశపెట్టబడ్డాయి. ఈ ప్రైమర్‌లు అంతర్జాతీయ ప్రమాణాల పత్రంలో (ISO 12944-2018) నిర్దేశించబడిన తుప్పు రక్షణ కోసం తాజా అవసరాలను నెరవేర్చడానికి లక్ష్యంగా పెట్టుకున్నాయి. దురదృష్టవశాత్తు, సాధారణంగా ఉపయోగించే జింక్ పౌడర్ వంటి జింక్ ఉత్పత్తులు జలచరాలకు అత్యంత విషపూరితమైనవి. సముద్ర పరిసరాలలో వినియోగదారులు చాలా తగ్గిన జింక్ కంటెంట్‌తో ప్రైమర్‌లను ఎక్కువగా డిమాండ్ చేస్తున్నారు.

ఇక్కడే గ్రాఫైట్ యొక్క మోనోలేయర్ రూపమైన గ్రాఫేన్ అమలులోకి వస్తుంది. ఈ పదార్ధం మొదటిసారిగా 2004లో కనుగొనబడింది మరియు దాని అసాధారణమైన యాంత్రిక బలం, దాని అద్భుతమైన విద్యుత్ మరియు ఉష్ణ వాహక లక్షణాలతో పాటు, ఇది అనేక రకాల అనువర్తనాలకు ఆకర్షణీయంగా ఉంటుంది. గ్రాఫేన్ అణువులు లేదా అణువులను కూడా గ్రహించగలదు మరియు దాని కార్బన్ అణువులకు వివిధ రసాయన సమూహాలను బంధించడం ద్వారా పని చేయవచ్చు.

గత 15 సంవత్సరాలుగా, శాస్త్రవేత్తలు మరియు ఇంజనీర్లు పారిశ్రామికంగా గ్రాఫేన్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి అనేక మార్గాలను ఏర్పాటు చేశారు. ఎలక్ట్రానిక్స్ పరిశ్రమలోని అనువర్తనాల కోసం, కార్బన్-రిచ్ వాతావరణంతో ప్రారంభమయ్యే రసాయన ఆవిరి స్థానభ్రంశం (CVD), సాధారణంగా అధిక విద్యుత్ వాహకతతో గ్రాఫేన్ షీట్‌లను రూపొందించడానికి సాధారణంగా కార్బన్ అణువుల యొక్క ఒక పొరను ఉపరితలంపై నిక్షిప్తం చేస్తుంది. మరొక సాధారణ మార్గం సవరించిన హమ్మర్స్ పద్ధతిని ఉపయోగించడం, దీనిలో గ్రాఫైట్ మొదట ఆక్సీకరణం చెందుతుంది, ఆపై జడ వాతావరణంలో తగ్గింపు దశల ద్వారా వివిధ గ్రాఫేన్ రకాలు ఉత్పత్తి చేయబడతాయి. ఇతర పద్ధతులలో యాజమాన్య ఎలక్ట్రోకెమికల్ ప్రక్రియను ఉపయోగించి గ్రాఫేన్ పొరలను పీల్ చేయడం లేదా ఎక్స్‌ఫోలియేట్ చేయడం వంటివి ఉన్నాయి.

CVD మినహా, ఈ పద్ధతులు కొన్ని-పొరల గ్రాఫేన్ ఉత్పత్తులను ఉత్పత్తి చేస్తాయి, ఇవి పౌడర్‌గా లేదా ద్రావకాలు, నీరు మరియు పాలిమర్ వ్యవస్థలలో చెదరగొట్టబడతాయి. కొన్ని-పొరల గ్రాఫేన్ ఉత్పత్తి యొక్క ప్రాథమిక కణాలు పొరల సంఖ్యను బట్టి కొన్ని నానోమీటర్ల వరకు మందంతో 1 µm నుండి 50 µm కంటే ఎక్కువ పార్శ్వ పరిమాణాలను కలిగి ఉండవచ్చు. ఈ ఉత్పత్తులు స్వచ్ఛమైన గ్రాఫేన్ కానప్పటికీ, వాటి విద్యుత్ మరియు ఉష్ణ వాహకత మరియు వాటి యాంత్రిక లక్షణాలు స్వచ్ఛమైన పదార్థంతో సమానంగా ఉంటాయి. ముఖ్యంగా, అవి తుప్పు-రక్షణ ప్రయోజనాల కోసం తగినంత దగ్గరగా ఉన్నాయి.

తుప్పు, పదం యొక్క అత్యంత సాధారణ ఉపయోగంలో, ఆక్సిజన్, సల్ఫేట్లు లేదా క్లోరైడ్‌ల వంటి ఆక్సిడెంట్‌తో మెటల్ (సాధారణంగా ఉక్కు) యొక్క ఎలెక్ట్రోకెమికల్ ఆక్సీకరణ రసాయనికంగా స్థిరమైన లోహ లవణాలను ఏర్పరుస్తుంది - అంటే తుప్పు. ఒక వాహక పదార్థం కావడం వల్ల, గ్రాఫేన్ ఎలక్ట్రోకెమికల్ రియాక్షన్‌ను (రెండవ కాంప్లిమెంటరీ యాంటీ తుప్పు నిరోధక వర్ణద్రవ్యంతో కలిపి) అనుకూలమైన రీతిలో ప్రభావితం చేయగలదు, అంటే తక్కువ తుప్పు పట్టడం. గ్రాఫేన్ యొక్క అవరోధ లక్షణాలు ఈ ప్రభావానికి మద్దతు ఇస్తాయి. అదనంగా, గ్రాఫేన్ పూత వ్యవస్థలోని బైండర్ యొక్క సంశ్లేషణను ఉపరితలాలకు బలపరుస్తుంది. ఇది రక్షక పూతను ఉపరితలం నుండి వేరు చేయకుండా, ఉపరితలాలపై దాడి చేసే (ఉప్పు) నీటిని నిరోధించడానికి సహాయపడుతుంది.