บาคาร่าเว็บตรง เหล็ก (สีน้ำเงิน) สามารถทำปฏิกิริยากับน้ำในปริมาณเล็กน้อยเพื่อผลิตสารเคมีที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เหล็กเป็นโลหะที่สำคัญสำหรับมนุษย์มาเป็นเวลาหลายพันปีแล้ว แต่มีข้อบกพร่องร้ายแรง นั่นคือ เมื่อสัมผัสกับความชื้น จะเกิดสนิมได้ง่าย การทำความเข้าใจกระบวนการกัดกร่อนนี้ และการหาวิธีที่จะทำให้ช้าลงหรือหยุดได้ในท้ายที่สุด จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยไรซ์ในสหรัฐอเมริกา
ได้ค้นพบว่าพื้นผิวของวัสดุมีบทบาทสำคัญในการผุกร่อน โดยอาศัยการจำลองหลักการระดับโมเลกุลของอะตอมในระดับอะตอม นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยไรซ์ในสหรัฐอเมริกาได้ค้นพบว่าพื้นผิวของวัสดุมีบทบาทสำคัญในการผุกร่อน โดยก่อตัวเป็นสปีชีส์ที่เกิดปฏิกิริยาได้แม้แช่อยู่ในของเหลวที่ไม่กัดกร่อน
เหล็กไม่เพียงเกิดสนิมในน้ำเท่านั้น นอกจากนี้ สนิมในคาร์บอนไดออกไซด์วิกฤตยิ่งยวด (sCO 2 ) ค่อนข้างจะขัดกับสัญชาตญาณ ซึ่งเป็นสารเฉื่อยที่มักใช้ในงานอุตสาหกรรมเพราะไม่เป็นพิษ ไม่ติดไฟ ไม่ระเบิด และค่อนข้างถูก ในงานใหม่ ทีมงานที่นำโดยBoris YakobsonและEvgeni Penevพบว่าเมื่อเหล็กสัมผัสกับ sCO 2พื้นผิวของเหล็กจะทำหน้าที่เหมือนตัวเร่งปฏิกิริยา กระตุ้นของไหลเฉื่อย และลดระดับพลังงานสำหรับการก่อตัวของโมเลกุลปฏิกิริยาเช่น *HCO 3 –และ *CO 3 2-ที่ส่วนต่อประสานระหว่างเตารีดกับsCO 2
น้ำและไนโตรเจนไดออกไซด์ ( NO 2 ) เป็นสองสิ่งเจือปน
ทั่วไปใน sCO 2 โมเลกุลของน้ำจากการแข่งขัน ใดๆที่มีอยู่ใน sCO 2ยังทำปฏิกิริยากับ sCO 2 ที่ถูกกระตุ้น และก่อตัวเป็นสปีชีส์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ซึ่งรวมถึงออกซิเจน ไฮดรอกไซด์ กรดคาร์บอกซิลิก และกรดไนตรัส น้ำทำปฏิกิริยากับโมเลกุลของสิ่งเจือปนอื่นๆ เช่น NO xและ SO xทำให้เกิดกรดที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น H 2 CO 3 , HNO 3และH 2 SO 4 สุดท้าย น้ำจะสร้างโครงข่ายพันธะไฮโดรเจนที่กระตุ้นปฏิกิริยาระหว่างผิวหน้ากับ CO2 . ที่ถูกกระตุ้นและสิ่งเจือปน ก่อรูปชนิดที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเช่น *OH, *O, *COOHอีกครั้ง
พลังของการสร้างแบบจำลองเชิงทฤษฎี
นักวิจัยได้ผลลัพธ์เหล่านี้จากการ จำลองไดนามิกของโมเลกุล ab initioที่ระดับอะตอม การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นถึงกลไกเบื้องหลังการกัดกร่อนของโลหะในของเหลวที่มีน้ำและของเหลววิกฤตยิ่งยวด และอาจชี้ถึงวิธีแก้ไขที่เป็นไปได้ การเขียนในวารสารMatterนักวิจัยแนะนำว่าชั้นบางๆ ไม่ชอบน้ำของวัสดุสองมิติ เช่น กราฟีนหรือโบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยมสามารถใช้เป็นตัวกั้นระหว่างอะตอมของเหล็กกับองค์ประกอบที่ทำปฏิกิริยาของsCO 2
สารเติมแต่งกราฟีนส่งเสริมการป้องกันการกัดกร่อน ‘เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม’
การศึกษายังแสดงให้เห็นถึงพลังของการสร้างแบบจำลองทางทฤษฎีในการแก้ปัญหาทางเคมีที่ซับซ้อน ในกรณีนี้ ทำให้พวกเขาสามารถทำนายอุณหพลศาสตร์ของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น และเพื่อประเมินอัตราการกัดกร่อนระหว่างธาตุเหล็กและsCO 2
ทีมงานกล่าวว่าขณะนี้มีแผนที่จะ ทำความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับเคมีที่อินเทอร์เฟซ “เรายังต้องการหาตัวบอกทางอิเล็กทรอนิกส์ของพื้นผิวโลหะที่ควบคุมการดูดซับ CO 2และ H 2 O เพื่อป้องกันโลหะจากการผุกร่อน” Yakobson กล่าวกับPhysics World
Isabelle Dumé เป็นบรรณาธิการร่วมของ Physics World
ติดทนนานจากการศึกษาพบว่าละอองลอยที่ฉีดเข้าไปที่ระยะทางประมาณ 25 กม. จะคงอยู่ได้นานขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ – และนี่อาจเป็นกลยุทธ์ที่ดีกว่าสำหรับวิศวกรรมภูมิศาสตร์พลังงานแสงอาทิตย์ อย่างไรก็ตาม ระดับความสูงนี้อยู่ที่ขีดจำกัดของเครื่องบินลาดตระเว ณ ขั้นสูง ดังนั้น การนำวัสดุไปที่นั่นด้วยวิธีที่ปลอดภัยและประหยัดต้นทุนจึงเป็นความท้าทายทางเทคโนโลยีที่สำคัญ
ตอนนี้ ทีมงานที่นำโดย Smith ได้ศึกษาวิธีการฉีดสเปรย์ 5 วิธีที่แตกต่างกันที่ระยะ 25 กม. เพื่อดูว่าต้นทุนที่เพิ่มขึ้นสามารถชดเชยด้วยประสิทธิภาพที่สูงขึ้นได้หรือไม่ ตัวเลือกแรกคือ SAIL-1 เวอร์ชันช่วยจรวด ประการที่สองคือนักปีนเขาขีปนาวุธความเร็วเหนือเสียงที่ได้มาจากเครื่องบินขับไล่ F-15C; และตัวที่สามคือยานแม่สองขั้นตอนและโดรนที่ขับเคลื่อนด้วยจรวดซึ่งจำลองมาจากเทคโนโลยี Virgin Galactic ตัวเลือกที่สี่อิงจากเครื่องบินลาดตระเวนเหนือเสียงของ Lockheed SR-71 Blackbird และตัวเลือกที่ห้าเกี่ยวข้องกับการใช้โบอิ้ง 747–400 ล่องเรือในระยะทาง 12 กม. เป็นแท่นสำหรับขว้างกระสุนปืนครกที่มีละอองลอยไปที่ 25 กม.
วิศวกรรมภูมิศาสตร์พลังงานแสงอาทิตย์อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่ไม่พึงประสงค์ได้ สำหรับตัวเลือกทั้ง 5 ตัวเลือกนี้ Smith และเพื่อนร่วมงานสรุปว่าค่าใช้จ่ายในการขนส่งวัสดุหนึ่งตันเป็น 25 กม. อย่างน้อยสามเท่าของ SAIL-1 ที่ทำงานที่ 20 กม. หลังจากพิจารณาการระบายความร้อนเพิ่มเติมที่จะได้รับเมื่อไปถึง 25 กม. ทีมงานพบว่าไม่มีตัวเลือกใดที่คุ้มราคามากกว่า SAIL-1 ที่ระยะทาง 20 กม. ตัวเลือก SAIL-1 ที่ใช้จรวดช่วยนั้นมีราคาถูกที่สุด โดยมีราคาประมาณ 71 พันล้านดอลลาร์ต่อปีเพื่อให้ได้ผลการระบายความร้อน 1 °C แท่นครกโบอิง 474 ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นตัวเลือกที่แพงที่สุด โดยมีราคาสูงกว่า SAIL-1 เกือบ 20 เท่า ที่ระยะทาง 20 กม.
ปีที่แล้ว นักทดลองที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดในสหรัฐฯ ได้ค้นพบโดยไม่คาดคิดว่า กราฟีนสามชั้นดีกว่าการนำไฟฟ้า 2 ชั้นโดยไม่มีความต้านทาน ในขณะนั้น สาเหตุของพฤติกรรมตัวนำยิ่งยวดที่ผิดปกตินี้ยังไม่ชัดเจน อย่างไรก็ตาม นักทฤษฎีในออสเตรียและอิสราเอลได้เสนอคำอธิบายที่ให้ความกระจ่างมากขึ้นเกี่ยวกับต้นกำเนิดของตัวนำยิ่งยวดในกราฟีนไตรเลเยอร์ ขณะเดียวกันก็ช่วยอธิบายความผิดปกติอื่นๆ ในการทดลองเมื่อเร็วๆ นี้เกี่ยวกับวัสดุคาร์บอน 2 มิตินี้ บาคาร่าเว็บตรง
