[논문 리뷰] Carbon nanotube/metal corrosion issues for nanotube coatings and inclusions in a matrix

Farhad Daneshvar|arXiv (Cornell University)|2018. 11. 03.

Carbon Nanotubes in Composites참고 문헌 36인용 수 4

한 줄 요약

이 리뷰는 탄소 나노튜브(CNTs)가 금속 기반 복합재료 및 코atings의 부식 저항성을 향상시키는 데서 수행하는 역할을 조사한다. CNTs는 피복층-기초의 부착 강도를 높이고, 산화막을 형성하며, 아연 농도가 높은 고분자 코atings에서 희생 보호 기능을 수행함으로써 부식 보호 성능을 향상시킨다. 니켈 기반-CNT 전착막은 뚜렷한 성능 향상을 보였지만, 마그네슘 기반 복합재료는 결과가 상반되어 있어 모순된 결과를 보이고 있다.

ABSTRACT

Corrosion is an inevitable phenomenon that is inherent in metals and even though there has been significant research on this subject, no ideal protection has been discovered to fully prevent corrosion. However, methods such as using protective coatings, and modifying the structure or composition of the material have been used to slow down gradual corrosion and fortunately they proved to be quite beneficial. The research focus has shifted to integrating novel materials and structures to improve the corrosion resistance of composites. Carbon nanotubes (CNTs) are an attractive and promising filler due to their chemical inertness and high mechanical, electrical, and thermal properties. CNTs can fill the gaps of metals and polymer-based composites by forming a passive layer on metals and promoting sacrificial protection in zinc rich polymer (ZRP) coatings, and can therefore function as an anti-corrosion filler. This paper reviews the research that has been performed to better understand the influence of CNTs on corrosion resistance in composites. Accordingly, in metal matrix composites (MMCs), most of the work has been carried out on electrodeposited coatings, namely Ni-based-CNT composites, which show improved corrosion resistance by CNT addition. On the other hand, there are a few papers that have studied the corrosion resistance of Mg-based-CNT composites and their corrosion results contradict those obtained from other metal-CNT composites. For ZRPs or polymer-based coatings there are a few papers that studied the effect of CNTs on the corrosion of said composites. It is believed that CNTs can strengthen the adhesion between the coating and the substrate and facilitate sacrificial protection by Zn particles by forming a conductive network, hence the improved corrosion resistance.

연구 동기 및 목표

• 탄소 나노튜브(CNTs)가 금속 기계 복합재료(MMCs) 및 고분자 코atings에서 부식 방지 필러로 효과적으로 작용하는지 평가하는 것.
• CNTs가 부식 저항성을 향상시키는 메커니즘을 규명하는 것, 특히 피막 형성 및 전도성 네트워크 효과를 포함하여.
• 마그네슘 기반-CNT 복합재료와 다른 금속-CNT 시스템 간의 부식 성능 차이를 분석하는 것.
• 보호 코atings 및 구조 복합재료에 CNTs를 통합하는 데 있어 현재의 연구 추세와 과제를 요약하는 것.

제안 방법

• CNTs가 금속 및 고분자 기반 복합재료에 적용된 분야의 동료 심사 논문에 대한 체계적 리뷰.
• 니켈 기반-CNT 전착막, 마그네슘 기반-CNT 복합재료, 아연 농도가 높은 고분자(ZRP) 코atings에 관한 실험 데이터 분석.
• CNTs가 부착 강도 향상, 피막 형성, 희생 보호를 위한 전도성 네트워크 형성에 기여하는 역할 평가.
• 다양한 CNT-복합재료 시스템 간의 부식 저항성 지표(부식 전위, 전류 밀도, 극화 저항) 비교.
• 포텐셜 다이내믹 폴라라이제이션 및 전기화학적 임피던스 분석(EIS)과 같은 전기화학적 기법을 주요 평가 도구로 사용.
• 부식 성능 최적화를 위한 CNT 통합 시 구조적 및 조성적 변형에 초점

실험 결과

연구 질문

• RQ1 탄소 나노튜브는 니켈 기반 금속 기계 복합재료의 부식 저항성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 CNT 추가 시 아연 농도가 높은 고분자 코atings에서 향상된 부식 보호 성능을 이끌어내는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 왜 마그네슘 기반-CNT 복합재료는 다른 금속-CNT 시스템과는 달리 모순된 부식 결과를 보이는가?
• RQ4 CNTs가 복합재료 시스템에서 코팅과 금속 기초 간의 부착 강도를 어느 정도 향상시키는가?
• RQ5 전도성 CNT 네트워크 형성이 아연 농도가 높은 고분자 코atings에서 희생 보호에 어떻게 기여하는가?

주요 결과

• 니켈 기반-CNT 전착막은 CNT 유도 피막 형성과 코팅의 정합성 향상으로 인해 부식 저항성이 향상됨.
• 아연 농도가 높은 고분자(ZRP) 코atings에서 CNTs는 아연 입자가 제공하는 희생 보호 기능을 향상시키기 위해 전도성 네트워크를 형성함으로써 전체적인 부식 저항성을 향상시킴.
• CNTs는 코팅과 금속 기초 간의 인터페이셜 부착 강도를 강화하여 이면 분리 및 부식 기초를 감소시킴.
• 마그네슘 기반-CNT 복합재료는 일관되지 않은 부식 성능을 보이며, 일부 연구에서는 향상 대신 악화된 결과를 보고하여 복잡한 인터페이셜 상호작용을 시사함.
• CNTs의 화학적 관성은 복합재료 매트릭스 내 장기적 안정성을 기여하지만, 분산성과 인터페이셜 결합은 여전히 핵심 과제임.
• 전기화학적 측정 결과, CNT 수정 시스템에서 부식 전류 밀도는 감소하고 극화 저항은 증가하여 부식 저항성 향상이 확인됨.