Nanoscale studies of the atmospheric corrosion of copper protected by ultrathin organic films
Tid: Fr 2021-10-29 kl 10.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm (English)
Ämnesområde: Kemi
Respondent: Weijie Zhao , Yt- och korrosionsvetenskap
Opponent: Professor Guido Grundmeier, Paderborn University
Handledare: Universitetslektor C. Magnus Johnson, Yt- och korrosionsvetenskap; Professor Christopher Leygraf, Materialvetenskap, Materialvetenskap, Kemi, Yt- och korrosionsvetenskap
Abstract
Koppar har använts av människor i tusentals år och är numera en ovärderlig metall iden moderna industrin och i många samhällsfunktioner. Korrosion, som är en naturlig process för metaller, är dock något som påverkar koppar i de flesta miljöer, varvid dess egenskaper kan försämras. Det är därför av yttersta vikt att i detalj förstå hur koppar korroderar och även hur koppar kan skyddas för att säkerställa dess funktion och för att förlänga livslängden i applikationer där koppar används. Det är känt att korrosion börjar lokalt i svaga punkter på ytan, men hur korrosionen initieras och fortgår är långt ifrån klart på nanonivå.
I denna avhandling har korrosion av koppar som utsatts för en simulerad inomhusmiljö bestående av fuktig luft och myrsyra studerats. Korrosionsprocessen studerades in-situ och korrosionsprodukterna undersöktes med ett flertal olika analytiska instrument på flera nivåer, från makro-, via mikro-, till nanoskopisk nivå och både i horisontell och vertikal riktning. Såväl den lokala upplösningen som skapandet av lager av Cu2O i smala separerade områden studerades på nanonivå med både mikroskopi och spektroskopi. Den nya tekniken ”Nano-FTIR”, som bara har använts i ett fåtal korrosionsstudier tidigare, användes för att studera korrosionsprodukterna på nanonivå. Ett mål med avhandlingen var därför att visa möjligheterna med denna teknik för korrosionsstudier.
Förmågan hos ultratunna organiska filmer att skydda koppar mot inomhuskorrosion studerades i denna avhandling. Huvudfokus låg på oktadecylfosfonsyra (ODPA), för vilken självassocieringsprocessen även studerades i detalj. Under självassocieringsprocessen på kopparytan skapades ett multilager, vars tjocklek ökade med deponeringstiden. Bildandet av detta multilager förklarades genom en mekanismdär Cu+joner frisattes och bildade komplexet Cu+ - ODPA. Förmågan att skydda ickeoxiderade och föroxiderade kopparytor från korrosion under samma betingelser som den oskyddade kopparn undersöktes för dessa självassocierade filmer och även för ODPA-filmer deponerade med Langmuir-Blodgett (LB)-tekniken. Både de självassocierade filmerna och LB-filmerna på föroxiderad koppar uppvisade en enastående förmåga att förhindra korrosionen.