Generalmente, cuando hablamos de corrosión, existe una tendencia a
pensar únicamente en el fenómeno de desintegración de los metales, pero
también el proceso es aplicable a otro tipo de materiales tales como el
vidrio.
En el caso del vidrio, cuando la superficie se vuelve traslúcida y
áspera, o presenta una coloración blanquecina, se tiende a pensar que se
trata de deposiciones calcáreas, cuando en realidad se trata de un
fenómeno de corrosión.
La corrosión del vidrio es de gran importancia para la industria,
especialmente en sectores tales como el envasado de productos
farmacológicos y cosméticos, material de análisis en los laboratorios
químicos (probetas, buretas, etc.,) y muy especialmente en la industria
óptica (gafas, microscopios, fotografía, industria fotovoltaica, etc.
Aunque el vidrio en general posea una elevada resistencia química, el
vidrio puede corroerse en ambientes húmedos y cálidos, especialmente
cuando en su composición básica esté presente el SiO2 en forma de
silicatos, (formulación de vidrio más comúnmente utilizada).
Tanto es así que en un reciente trabajo publicado en la revista ACS Nano
por investigadores coreanos del Institute for Basic Science y el Ulsan
National Institute of Science and Technology, los científicos han
mostrado que un recubrimiento de grafeno puede prevenir el efecto de la
corrosión en este tipo de vidrios al actuar como una barrera que impide
la difusión de iones protegiéndolos contra la corrosión.
El proceso de corrosión del vidrio en contacto con el agua se describió
hace ya unas décadas y consiste en un complejo y lento proceso que
implica una difusión e intercambio de iones en la superficie del vidrio.
El proceso empieza con la adsorción del agua en la superficie del
vidrio, momento en el que iones de hidrógeno difunden dentro de la
estructura del vidrio y se intercambian con iones de metales alcalinos
presentes en la estructura, especialmente de Na2O. Como resultado de
esto, en la superficie del vidrio se acumulan los iones hidroxilo, que
serán los que provoquen la corrosión del vidrio al romper los enlaces
siloxano del SiO2 que constituye la base del material. La composición
del vidrio y el pH del agua, por tanto, influirán claramente en todo el
proceso.
Para combatir este proceso de corrosión, desde hace tiempo se habían
probado distintos métodos como recubrimientos poliméricos o la
aplicación de nanotubos de carbono para formar una barrera protectora.
El objetivo ideal sería el de un recubrimiento delgado, transparente,
poco permeable al agua y resistente químicamente, características que
cumple el grafeno a la perfección. De hecho, ya se había empleado con
éxito para proteger superficies de cobre o níquel de la oxidación.
En el presente trabajo, los autores estudiaron la evolución de los
defectos que pudiesen aparecer en la superficie de tres muestras
distintas tras introducirlas en agua destilada a 60ºC durante 120 días.
Una de las muestras era una lámina de vidrio sin ningún tratamiento;
otra era la misma lámina a la que se le había transferido una capa de
grafeno (G1) y la última era otra lámina con dos capas de grafeno (G2).
Estas capas de grafeno, fabricado mediante CVD, se colocaron en ambas
caras de las piezas de vidrio.
Mediante Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) se siguió la evolución de
la corrosión de cada una de las muestras a intervalos regulares. Los
resultados mostraron que la muestra sin capa protectora alguna sufría un
importante desgaste en la superficie durante los primeros 40 días, con
amplias zonas de topografía muy irregular que, con el tiempo, se iban
suavizando hasta desgastarse toda la superficie uniformemente pero de
forma más suave. Los investigadores achacan este hecho a una combinación
de corrosión química y una posterior erosión física. En contraste, las
muestras a las que se les aplicó algún recubrimiento de grafeno apenas
mostraron cambios en su superficie en los 120 de experimento. Además,
tampoco se observaron diferencias significativas entre la muestra G1 con
una capa de grafeno y la G2, con dos capas.
Los efectos de la corrosión se comprobaron además mediante ensayos de
fractura de las muestras, comprobando la variación de su resistencia
mecánica según el tiempo de inmersión en el agua destilada. Los
resultados mostraron tendencias paralelas a las imágenes del AFM; esto
es, con el tiempo, la muestra sin recubrimiento sufría un descenso en la
resistencia a la fractura mientras que las muestras G1 y G2 mantenían su
resistencia prácticamente constante después de los 120 de inmersión.
Los investigadores concluyen que se trata de un método prometedor para
la protección del vidrio de silicato frente a la corrosión, aunque el
reto en la actualidad es todavía el de obtener grandes superficies de
grafeno CVD que se puedan transferir fácilmente a las superficies de
vidrio a proteger. Sin embargo, bastaría con una capa de grafeno, ya que
los resultados muestran que solo esta capa es suficiente para obtener
una buena resistencia, siendo además mejor para aplicaciones ópticas ya
que su transmitancia es obviamente mayor.
Fuente: IBS (Institute for Basic Science).
https://www.ibs.re.kr/cop/bbs/BBSMSTR_000000000738/
selectBoardArticle.do?nttId=13645
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