محققان دانشکده فنی دانشگاه تهران توانستند با ارائه طرحی برای به‌کار بردن یک پوشش هوشمند بر روی سازه‌های فلزی با جلوگیری از نیاز به جایگزینی زیرلایه‌های دارای پوشش آسیب‌دیده، اثر قابل‌توجهی در کاهش هزینه‌های تولید و نگهداری فلزات و آلیاژهای پوشش داده‌شده در صنعت ایجاد کنند.
دانشگاه تهران: ساخت نانوپوشش هوشمند بازدارنده خوردگی، خودترمیم‌شونده و دوست‌دار محیط‌زیست
رضا نادری دانشیار دانشکده فنی دانشگاه تهران درباره این پژوهش گفت: «در این تحقیق با افزودن موادی به‌عنوان بازدارنده خوردگی به پوشش آلی با سازوکاری مشخص، پوششی هوشمند ساخته شده که در صورت آسیب‌دیدگی، توانایی خودترمیم‌شوندگی را دارا بوده و واکنش خوردگی در ناحیه تخریب شده را کنترل می‌نماید. این پوشش هوشمند در همه صنایع درگیر با معضل خوردگی به‌خصوص صنایع نفت و گاز و پتروشیمی و خطوط انتقال انرژی کاربرد داشته و می‌تواند منجر به بهبود خواص ضدخوردگی پوشش‌های آلی به‌کاررفته در این صنایع شود.»
خوردگی امروزه به‌عنوان یکی از پرهزینه‌ترین چالش‌های صنایع مطرح است که به‌طور متوسط حدود ۴ تا ۵ درصد تولید ناخالص کشورهای جهان را به خود اختصاص داده است. از دیرباز تاکنون یکی از مهم‌ترین روش‌های کنترلی، استفاده از پوشش‌های آلی بوده است. با توجه به شرایط عملیاتی اعمال این پوشش‌ها بر روی سازه‌های فلزی، مثلاً بر روی خطوط انتقال انرژی، امکان آسیب‌دیدگی سطحی آن‌ها حین یا پس از بهره‌برداری از سطح پوشش داده شده وجود دارد که در این صورت خوردگی می‌تواند از منطقه آسیب‌دیده آغاز شده و ضمن ادامه یافتن، منجر به خسارت‌هایی بعضاً جبران‌ناپذیر شود. برای این منظور پوششی هوشمند طراحی شده است که در صورت آسیب‌دیدگی، می‌تواند منطقه آسیب‌دیده را به طور هدفمند ترمیم نموده و واکنش‌های خوردگی را کنترل نماید.
نادری درباره دستاوردهای این پژوهش گفت: «با توجه به شرایط اقلیمی خاص ایران و هزینه‌های فزاینده خوردگی در صنایع کشور خصوصاً صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، یافتن روش‌هایی برای کنترل خوردگی همواره مدنظر پژوهشگران بوده است. استفاده از پوشش‌های آلی، امروزه به عنوان یکی از مؤثرترین روش‌های کنترل خوردگی مطرح هستند. این در حالی است که عموماً پس از ایجاد آسیب سطحی به این پوشش‌ها خواص ضدخوردگی آن‌ها به شکل قابل‌توجهی کاهش می‌یابد. در این تحقیق مقاومت به خوردگی پوشش اپوکسی حاوی نانوذرات هوشمند به‌صورت قابل‌ملاحظه‌ای نسبت به مقاومت به خوردگی پوشش اپوکسی معمولی افزایش پیدا کرده است. همچنین پس از ایجاد خراشی مصنوعی بر روی پوشش، مشاهده شد که با ایجاد لایه‌ای از بازدارنده‌های خوردگی در ناحیه خراش از کاهش خواص ضدخوردگی پوشش جلوگیری به‌عمل آمده و با گذشت زمان مقاومت پوشش افزایش یافته است.»
رضا نادری با اشاره به هوشمند بودن این نانوپوشش‌ها گفت: «نانوذرات مورداستفاده در این پژوهش، نانوصفحات اکسید گرافن بوده است که توسط نانوذرات کمپلکس بر پایه سریم، اصلاح سطحی شده است. در این تحقیق با توجه به بار سطحی (پتانسیل زتا) خاص اکسید گرافن در محیط‌هایی با اسیدیته مختلف، سیستم به گونه‌ای طراحی شده است که بازدارنده‌های جذب شده بر روی سطح این نانوصفحات در ناحیه خراش آزاد شده و منجر به ترمیم ناحیه آسیب‌دیده پوشش شود.»
وی افزود: «یکی از موارد مدنظر در این پژوهش توجه به مباحث زیست‌محیطی بوده است. پوشش‌های حاوی بازدارنده‌های بر پایه کرومات و روی، سال‌ها برای کاهش سرعت خوردگی مورداستفاده قرار گرفته است. با توجه به مشکلات عدیده این مواد برای محیط‌زیست و سلامتی انسان، در این پژوهش با جایگزین نمودن آن توسط سریم و ال – سیستئین، پوششی به‌نسبت دوست‌دار محیط‌زیست طراحی و اجرا شده است.»
پژوهشگر دانشگاه تهران گفت: «پوشش‌های هوشمند طی ده سال اخیر در بسیاری از دانشگاه‌های جهان موردتوجه پژوهشگران قرار گرفته است. لیکن روش اصلاح نانوذرات به‌کاررفته در این تحقیق برای اولین‌بار توسط تیم پژوهشی ما طراحی و اجرا شده است و از این لحاظ نوآوری ویژه‌ای صورت پذیرفته است.»
به گفته این محقق با توجه به جهانی بودن معضل خوردگی در صنایع و اهمیت کنترل آن در اقلیم خاص ایران خصوصاً در شرایط اقلیمی خلیج فارس که بسیاری از صنایع بالادستی و پایین‌دستی در آن متمرکز شده است، استفاده از این پوشش می‌تواند منجر به کاهش هزینه‌های ناشی از خوردگی در این صنایع شود.
طرح حاضر ماحصل یک پروژه دانشگاهی است که با همکاری دکتر رضا نادری، دانشیار دانشکده فنی دانشگاه تهران به‌عنوان استاد راهنمای اول، دکتر بهرام رمضان‌زاده، دانشیار پژوهشگاه رنگ به‌عنوان استاد راهنمای دوم و علی‌اصغر جاویدپرور، دانشجوی دکتری دانشکده فنی دانشگاه تهران انجام شده است. این مقاله با عنوان L-cysteine reduced/functionalized graphene oxide application as a smart/control release nanocarrier of sustainable cerium ions for epoxy coating anticorrosion properties improvement برای انتشار در مجله Journal of Hazardous Materials با ضریب تأثیر ۷٫۶۵ موردپذیرش قرار گرفته است.
