Изготовление и испытания многофункционального сердечника SiO2@ZnO

Aug 06, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 12321 (2023) Цитировать эту статью

332 доступа

Подробности о метриках

Мы сообщаем о разработке системы покрытия, основанной на включении наносфер ядро-оболочка SiO2@ZnO в полиуретановую среду, как о новом подходе к достижению долговечности и устойчивости морского транспорта. Данное полимерное покрытие продемонстрировало значительное улучшение стойкости поверхности к истиранию, переходу из гидрофильного состояния в гидрофобное (~ 125,2° ± 2°), улучшенное противогрибковое, антибактериальное и противоводорослевое действие, что делает предлагаемое покрытие идеальным для защиты стальных поверхностей от биообрастания. Чтобы обосновать наши утверждения, мы провели рентгеновскую дифракцию, просвечивающую электронную микроскопию, инфракрасную спектроскопию с преобразованием Фурье, сканирующую акустическую микроскопию, термогравиметрический анализ (ТГА), измерения угла смачивания, антимикробные (антиалгаловые, антибактериальные, противогрибковые) тесты и тесты на истирание Табера (ASTM). D1044 и D4060), чтобы подчеркнуть механическую и биологическую функциональность, а также структуру сцепления этого покрытия. Анализ износа истираемого покрытия Табера с использованием СЭМ и оптической микроскопии показал значительное улучшение адгезии и сопротивления сдвигу, достигаемое за счет наносфер типа ядро-оболочка SiO2@ZnO, включающих полиуретановое покрытие, что было контрастирующей особенностью по сравнению с использованием только полиуретана. Общие исследования, которые мы провели, привели нас к выводу, что добавление 4% (масс.) наночастиц ядро-оболочка SiO2@ZnO к полиуретановой среде, нанесенной на поверхность низкоуглеродистой стали, продемонстрировало замечательные антимикробные свойства практически без роста бактерий, значительное снижение роста водорослей примерно до 90% и грибов примерно до 95%.

Поверхности различных продуктов, используемых в коммерческих целях, таких как автомобильный и коммерческий транспорт, морские и наземные стальные конструкции для нефтегазовой отрасли, суда, жилые модули, внешние поверхности трубопроводов, розничные и коммерческие архитектурные и стальные конструкции, покрываются полимерными покрытиями, чтобы обеспечить им лучшую функциональность. Полимерные покрытия могут быть защитными (антикоррозионные), эстетическими (краска) или добавлять новые функциональные возможности (клеи, фотопленки). Полимерные покрытия, которые в основном изготовлены из органических материалов, при смешивании с металлами или керамикой или их комбинацией приводят к образованию нанокомпозитных покрытий, которые могут еще больше повысить полезность и долговечность компонента1,2. Для наружного применения необходимы высокоэффективные и сверхпрочные покрытия, поскольку фотодеградация снижает долговечность полимерного покрытия. Новая инновация в материалах, которая начала появляться в области систем покрытий, — это смешивание наносфер/наночастиц ядро-оболочка в исходной среде. Наносфера ядро-оболочка — это, по сути, композитная наночастица, имеющая твердое или полое ядро ​​внутри и другой материал, нанесенный в виде оболочки. Таким образом, образуются два состояния материи, которые перемежаются с третьим состоянием материи, таким как полимерная среда, в определенном весовом проценте для достижения лавины новых функциональных возможностей, которые не могут быть получены ни с помощью исходной матрицы, ни с помощью материалов ядро-оболочка. один3. Принципиальную схему, иллюстрирующую фундаментальную концепцию наночастиц ядро-оболочка, можно увидеть из дополнительной информации (см. Рис. S1).

Ядро-оболочка (CS) представляет собой двухфазный материал со структурой внутреннего ядра и внешней оболочкой. Таким образом, наночастицы ядро/оболочка представляют собой функциональные материалы, которые можно настроить для достижения желаемых свойств4. Иногда характеристики, обусловленные материалами ядра или оболочки, могут сильно различаться. Для изменения характеристик можно изменить либо составляющие материалы, либо соотношение ядра и оболочки. Свойства частицы ядра, такие как реакционная способность или термическая стабильность, могут быть изменены с помощью покрытия из материала оболочки, увеличивая стабильность и диспергируемость частицы ядра. Обработанные частицы ядро-оболочка обладают отличительными качествами. Это особенно верно в отношении присущей ему возможности регулировать функциональные возможности поверхности для удовлетворения различных потребностей применения. Формирование оболочки на частице ядра служит различным целям, включая модификацию поверхности, возможность улучшить функциональность, стабильность, диспергируемость, контролируемое высвобождение ядра, снижение расхода драгоценного материала и другие5.