A Solution-Processable, Nanostructured, and Conductive Graphene/Polyaniline Hybrid Coating for Metal-Corrosion Protection and Monitoring

Eine lösungsprozessierbare, nanostrukturierte und leitfähige Graphen/Polyanilin-Hybridbeschichtung für Metallkorrosionsschutz und -überwachung

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2017
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Abstract
Abstract A smart and effective anticorrosive coating consisting of alternating graphene and polyaniline (PANI) layers was developed using top-down solution processing. Graphite was exfoliated using sonication assisted by polyaniline to produce a nanostructured, conductive graphene/polyaniline hybrid (GPn) in large quantities (>0.5 L of 6 wt% solution in a single laboratory-scale process). The GPn was coated on copper and exhibited excellent anticorrosion protection efficiencies of 46.6% and 68.4% under electrochemical polarization in 1 M sulfuric acid and 3.5 wt% sodium chloride solutions, chosen as chemical and seawater models, respectively. Impedance measurements were performed in the two corrosive solutions, with the variation in charge transfer resistance (R ct) over time indicating that the GPn acted as an efficient physical and chemical barrier preventing corrosive species from reaching the copper surface. The GPn-coated copper was composed of many PANI-coated graphene planes stacked parallel to the copper surface. PANI exhibits redox-based conductivity, which was facilitated by the high conductivity of graphene. Additionally, the GPn surface was found to be hydrophobic. These properties combined effectively to protect the copper metal against corrosion. We expect that the GPn can be further applied for developing smart anticorrosive coating layers capable of monitoring the status of metals.
Zusammenfassung Mittels eines Top-Down-Lösungsverfahrens wurde eine intelligente und wirksame Korrosionsschutzbeschichtung entwickelt, die aus alternierenden Schichten aus Graphen und Polyanilin (PANI) besteht. Graphit wurde mittels polyanilinunterstützter Ultraschallbehandlung exfoliert, um ein nanostrukturiertes, leitfähiges Graphen/Polyanilin-Hybrid (GPn) in großen Mengen (> 0,5 l einer 6-Gew.-%-Lösung in einem einzigen Prozess im Labormaßstab) herzustellen. Das auf Kupfer aufgetragene GPn wies unter elektrochemischer Polarisation in 1 M Schwefelsäure- sowie in 3,5-Gew.-%-Natriumchloridlösung, die als Modelle für chemische Medien bzw. Meerwasser gewählt wurden, hervorragende Korrosionsschutzwirkungsgrade von 46,6 % bzw. 68,4 % auf. In beiden korrosiven Lösungen wurden Impedanzmessungen durchgeführt, wobei die zeitliche Veränderung des Ladungstransferwiderstands (R ct) darauf hinwies, dass das GPn als effiziente physikalische und chemische Barriere fungierte, die das Erreichen der Kupferoberfläche durch korrosive Spezies verhinderte. Das GPn-beschichtete Kupfer bestand aus zahlreichen PANI-beschichteten Graphenebenen, die parallel zur Kupferoberfläche gestapelt waren. PANI weist eine redoxbasierte Leitfähigkeit auf, die durch die hohe Leitfähigkeit des Graphens begünstigt wurde. Zudem erwies sich die GPn-Oberfläche als hydrophob. Das Zusammenwirken dieser Eigenschaften schützte das metallische Kupfer wirksam vor Korrosion. Wir erwarten, dass GPn künftig für die Entwicklung intelligenter Korrosionsschutzschichten eingesetzt werden kann, die eine Zustandsüberwachung von Metallen ermöglichen.
Reference Key
kim2017ascientific Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors Saerona Kim, Thanh-Hai Le, Chul Soon Park, Geunsu Park, Kyung Ho Kim, Semin Kim, Oh Seok Kwon, Gyun Taek Lim, Hyeonseok Yoon
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Journal Scientific reports
Year 2017
DOI
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URL
http://link.springer.com/article/10.1038/s41598-017-15552-w
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