Illinois-ingeniører beskytter artefakter ved grafenforgyldning

Forgyldning er processen med at belægge komplicerede artefakter med ædle metaller. Gamle egyptere og kinesere beklædte deres skulpturer med tynde metalfilm ved hjælp af forgyldning - og disse gyldne skulpturer har modstået korrosion, have på, og miljøforringelse i tusinder af år. Tutankhamons midterste og ydre kister, for eksempel, er bladguld forgyldt, ligesom mange andre gamle skatte.

I en ny undersøgelse, Sameh Tawfick, en assisterende professor i Mechanical Science and Engineering ved University of Illinois i Urbana-Champaign, inspireret af denne gamle proces, har tilføjet et enkelt lag af kulstofatomer, kendt som grafen, oven på metalblade - en fordobling af den beskyttende kvalitet af forgyldning mod slitage.

Studiet, "Forgyldning med grafen:Hurtig kemisk dampaflejringsyntese af grafen på tynde metalblade, " er offentliggjort i tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer . Forskerne har belagt tynde metalblade af palladium med et enkelt lag grafen.

Metal blade, eller folier, tilbyder mange fordele som et skalerbart belægningsmateriale, herunder deres kommercielle tilgængelighed i store ruller og deres forholdsvis lave pris. Ved at binde et enkelt lag grafen til bladene, Tawfick og hans team viste uventede fordele, herunder øget mekanisk modstand. Deres arbejde giver spændende muligheder for påføring af beskyttende belægninger på store strukturer som bygninger eller skibsskrog, metaloverflader af forbrugerelektronik, og små dyrebare artefakter eller smykker.

"Ved at tilføje endnu et lag grafenatomer på palladiumet, blev det dobbelt så modstandsdygtigt over for fordybninger end de bare blade alene, " sagde Tawfick. "Det er også meget attraktivt ud fra et omkostningsperspektiv. Mængden af ​​grafen, der er nødvendig for at dække de forgyldte strukturer i Carbide &Carbon Building i Chicago, for eksempel, ville være på størrelse med hovedet på en nål."

Derudover holdet udviklede en ny teknologi til at dyrke grafen af ​​høj kvalitet direkte på overfladen af ​​150 nanometer-tynde palladiumblade - på kun 30 sekunder. Ved at bruge en proces kaldet kemisk dampaflejring, hvor metalbladet er forarbejdet i en 1, 100°C ovn, det nøgne palladiumblad fungerer som en katalysator, giver gasserne mulighed for at reagere hurtigt.

"Kemisk dampaflejring af grafen kræver en meget høj temperatur, som kunne smelte bladene eller få dem til at perle op ved en proces kaldet faststofaffugtning, " sagde Kaihao Zhang, Ph.D. kandidat i MechSE og hovedforfatter af undersøgelsen. "Den proces, vi udviklede, afsætter grafen hurtigt nok til at undgå nedbrydning ved høj temperatur, det er skalerbart, og det producerer grafen af ​​meget høj kvalitet."