Борьба с коррозией, как известно, не останавливается ни на день: слишком уж этот противник коварен и вездесущ и слишком уж серьезными негативными последствиями грозит его появление. Ежегодно российские ученые представляют десятки новых разработок, призванных еще эффективнее защищать металлы от пагубного воздействия окружающей среды. В очередном выпуске наших познавательных материалов мы собрали небольшую подборку самых интересных и перспективных открытий в этой области, совершенных отечественными специалистами.
Динамическая защита
Одна из, пожалуй, самых интересных разработок этого года - проект петербургского университета ИТМО, который он реализовал вместе с коллегами из Тяньцзиньского и Ливерпульского университетов. Ученые изобрели умное средство для борьбы с коррозией - защитные микрокапсулы, способные реагировать на изменения окружающей среды.
Как сообщают в университете, капсулы представляют собой полое ядро из кристаллов оксида кремния, покрытое специальными полиэлектролитными составами, способными ионизироваться при попадании в различные растворы, то есть приобретать электрический заряд. Внутрь ядра ученые «загрузили» вещество-ингибитор - бензотриазол. Принцип действия получился одновременно и простым, и эффективным: при ухудшении окружающей среды молекулярные связи оболочки ослабевают, что позволяет ей «раскрыться» и высвободить действующее вещество. Чем агрессивнее среда вокруг - тем слабее связи и тем больше вещества попадает в металл.
Капсулы отличаются микроскопическим размером - их диаметр составляет около 700 нанометров, что сравнимо с диаметром эритроцитов, клеток крови в организме человека. При этом самого бензотриазола в них помещается на удивление много: по словам ученых, примененные методики капсулирования позволяют достичь показателя 86 процентов, то есть 86 процентов молекул ингибитора, использованного при синтезе капсул, оказываются внутри кремниевого ядра.
«Разработанная нами модельная система позволяет рассчитать с помощью методов квантовой химии, как, меняя состав и архитектуру капсульной оболочки (молекулярные массы полимеров, число слоев, уровень pH, на который реагируют капсулы), можно точно регулировать проницаемость оболочки и условия высвобождения активных веществ, - цитирует пресс-служба университета одного из авторов исследования, научного сотрудника НОЦ Инфохимии ИТМО Данилу Ермолина. - Это открывает перспективы создания умных капсул с еще более сложной структурой, откликающихся на другие факторы окружающей среды, а также в целом новых настраиваемых интеллектуальных материалов с прогнозируемыми свойствами и обратимой реакцией на внешние стимулы».
Природный ингибитор
Появляются новые идеи и технологии и в сфере самих ингибиторов. Так, в феврале этого года любопытной работой отметились специалисты Пермского национального исследовательского университета и Казанского федерального университета в сотрудничестве с коллегами из Ирана и Китая. Они предложили использовать для подавления коррозионных процессов компоненты сока акации. А именно - так называемую аравийскую камедь, обладающую отличной природной адгезией (способностью покрывать поверхность и удерживаться на ней) и другими полезными свойствами. Следует отметить, что биополимеры на основе природных углеводов - сегодня один из главных трендов науки как российской, так и общемировой. Они легки в добыче и синтезе, доступны, практичны и экологичны. И натуральные камеди входят в их число.
«Аравийскую камедь обычно получают из стеблей и ветвей акации. Благодаря своим характеристикам она эффективно предотвращает коррозию различных металлов и сплавов, например, стали и алюминия, и в различных средах - кислотных, щелочных и нейтральных, - отмечает профессор кафедры нефтегазовых технологий ПНИПУ, доктор технических наук Дмитрий Мартюшев. - Ее качества обеспечивают исключительное покрытие поверхности даже при минимальной концентрации и превосходную долгосрочную защиту от коррозии».
Конечно, в состав ингибитора входит не только камедь. В его основе лежат полиуретаны с привитыми, то есть присоединенными к структуре молекулами «древесного компонента». На этапе исследований авторы разработки экспериментировали с разными концентрациями полиуретанов: 10,4 процента, 17,2 процента, 25,4 процента. Как выяснилось в ходе экспериментов, наиболее оптимальным количеством оказалось 17,2 процента - такая концентрация позволила снизить коррозию в кислой среде на 74 процента.
Разработка, как отмечают сами авторы, направлена прежде всего на нефтегазовый комплекс, поскольку оборудование в нем часто контактирует с разного рода агрессивными средами. Например, подземным сероводородом, который в соединении с водой образует слабую кислоту, способную повредить трубопроводы и детали добывающих механизмов.
Нейросеть-помощник
Большое количество перспективных разработок в деле борьбы с коррозией лежит не в физической, а в цифровой плоскости. Так, в феврале прошлого года специалисты Национального исследовательского ядерного института МИФИ заявили о привлечении к этой работе нейросети, предназначенной для поиска оптимальных составов новых ингибиторов. Как пояснил профессор университета Константин Катин, важнейшей составляющей хорошего ингибитора являются гетероатомы (например, такие, как сера и азот), а также замкнутые атомные структуры. Однако определить их непросто: очень много потенциально полезных соединений, полученных химиками, так и остаются в лабораториях и не уходят в сферу практического применения. Обнаружить «идеальную» молекулу, способную проявлять необходимые свойства, ученые рассчитывают при помощи нейронных сетей.
- Благодаря активности исследователей накопился большой массив данных об ингибирующем действии сотен соединений. Мы рассчитываем, что скоро с этим массивом начнет работать нейронная сеть, - цитирует Катина пресс-служба МИФИ. - Она поможет найти скрытые связи между строением и действием ингибитора, что позволит найти формулу «идеального» ингибитора и сэкономить много времени на отказе от синтеза «неидеальных» молекул».
Над созданием такой нейросети в МИФИ работает отдельная научная группа. Специалисты рассчитывают, что после того, как ИИ научится распознавать «идеальные» молекулы, он сможет приступить к анализу нескольких ингибиторов одновременно и их совокупных защитных свойств.
Послесловие
Ну а в заключение напомним, что пока ученые изобретают новые способы борьбы с коррозией, можно без труда воспользоваться уже существующими и проверенными. Такими, например, как технология Цинкирования, при которой металл защищается специальными составами класса Zinker. Активный цинк в их составе не только обеспечивает надежный барьер между основой и агрессивной средой, но и выполняет протекторную функцию: защитный слой вступает в электрохимическое взаимодействие со внешними факторами и принимает на себя их деструктивное воздействие. Мы уже не раз рассказывали вам о конкретных кейсах с участием реальных объектов, предприятий и специалистов, где изделия, покрытые составом класса Zinker, без проблем служат на протяжении долгих лет. Так что не забывайте: правильно - это Цинкировать!
