Copper Protection by Phosphonic Acid Self-Assembled Monolayers

 

Joana F. Cabrita⁽¹⁾, Ana. S. Viana⁽¹⁾ e Luísa M. Abrantes^(1)(*)                

⁽¹⁾ Centro de Química e Bioquímica, DQB – Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, Campo Grande, 1749 -016 Lisboa, Portugal.

*Corresponding Author, e-mail: luisa.abrantes@fc.ul.pt

 

ABSTRACT

The formation and the protection properties against corrosion provided by self-assembled monolayers (SAMs) onto non-noble metals, such as copper, are described using molecules with long alkyl (decane) chains and phosphonate as

anchoring group. The assembly of stable and densely packed monolayers has been achieved both on naked copper and on the metal after controlled anodic oxidation, conducted with the purpose to create different sorts of copper oxide thin films, simulating diverse possible situations. Surface characterisation techniques (contact angle measurements and atomic force microscopy) are employed to access the properties of the so-modified electrodes; in addition, the influence of each type of copper oxide on the proficiency of SAMs protection has been retrieved from comparative studies based on polarisation curves, carried out in sodium chloride.

Keywords: Copper, Anodic Copper Oxides, Alkane-Phosphonic Acid Self-Assembled Monolayers, Contact Angles, Atomic Force Microscopy, Polarisation Curves

 

Protecção de Superfícies de Cobre por monocamadas auto-montadas de ácidos fosfónicos

RESUMO

A formação e as propriedades de protecção contra a corrosão de monocamadas auto-montadas (SAMs) em metais não-nobres como o cobre, contendo uma cadeia alquilo longa (decano) e fosfonato como grupo de ligação à superficie são descritas neste trabalho. SAMs estáveis e densas foram obtidas em cobre nu e no metal depois de oxidação electroquímica controlada, realizada com o objectivo de criar diferentes tipos de filmes finos de óxidos de cobre, simulando diversas situações possíveis. As propriedades dos eléctrodos modificados foram avaliadas recorrendo a técnicas de caracterização de superfície (medidas de ângulo de contacto e microscopia de força atómica). A influência de cada tipo de óxido de cobre na eficiência da protecção das SAMs foi também analisada a partir de estudos comparativos de curvas de polarização realizadas em cloreto de sódio.

Palavras-Chave: Cobre, Óxidos de Cobre Anodicamente Formados, Monocamadas Auto-Montadas de Ácidos Alcano-Fosfónicos, Ângulos de Contacto, Microscopia de Força Atómica, Curvas de Polarização

 

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ACKNOWLEDGEMENTS

The authors are grateful to Professor Franz-Peter Montforts, University of Bremen, for the supervison in the synthesis of decane-phosphonic acid, and to Luís Santos for the help with the measurement of contact angles. J. F. Cabrita acknowledges the PhD scholarship SFRH/BD/47703/2008 (Fundação para a Ciência e Tecnologia).

 

Artigo submetido em Julho de 2010 e aceite em Outubro de 2010