Den här bilden visar att eftersom järnoxid genomgår oxidation, tomrum i nanopartiklarna smälter samman och bildar halvmånar. Kredit:Alexandra Kirby / Y. Sun et al. / Vetenskap (2017)
(Phys.org)—Ett team av forskare knutna till Temple University och Argonne National Laboratory har utvecklat ett sätt att observera materialomstrukturering på atomär skala i realtid. I deras papper publicerad i tidskriften Vetenskap , teamet beskriver sin teknik och vad de observerade när de följde oxidationens fortskridande på atomär skala. Doris Cadavid och Andreu Cabot med Catalonia Institute for Energy Research erbjuder ett perspektiv på arbetet som gjorts av teamet i samma tidningsnummer, och även beskriva historien och svårigheterna förknippade med att observera förändringar på atomnivå som inträffar i ett material. De noterar också att den nyutvecklade tekniken sannolikt kommer att ha en stor inverkan på hur metaller och andra föreningar konstrueras i framtiden.
Människor har känt till i tusentals år, som Cadavid och Cabot noterar, att material bryts ned, bränna eller rosta, och har på senare tid lärt sig att sådana förändringar sker på atomnivå. För att lära dig mer om sådana processer, forskare har studerat dem på djupet, men har delvis begränsats av en oförmåga att faktiskt se vad som händer på atomnivå. Det kanske håller på att förändras, eftersom forskarna med denna nya ansträngning har utvecklat ett sätt att se oxidation som sker på atomnivå i realtid.
Metoden involverade att kombinera en liten vinklad röntgenspridningsteknik med molekylär modelleringsprogramvara för att i exakt detalj spåra oxidationsprocessen av järnoxidnanopartiklar - allt i realtid.
Tekniken gjorde det möjligt för forskarna att se att tomma utrymmen skulle bildas i början av processen, som smälte samman när de växte till en viss storlek, skapa andra större halvmåneformade tomma utrymmen. De fann också att de kunde kontrollera diffusionsprocessen med de tomma utrymmena genom att ändra temperaturen och storleken på nanopartiklarna.
Ögonblicksbilder av 3D-strukturen av järnnanopartiklar under oxidationsprocessen, fångas genom storskaliga reaktiva molekylära dynamiska simuleringar. Dessa simuleringar förbättrar vår förståelse av processer som oxidation och korrosion, och bygga en grund för att utveckla integrerade bildtekniker för att kontrollera eller manipulera dessa typer av reaktioner. Kredit:Subramanian Sankaranarayanan, Badri Narayanan, Yugang Sun, Xiaobing Zuo, Sheng Peng och Ganesh Kamath. Argonne National Laboratory/Temple University
Cadavid och Cabot föreslår att tekniken kan förebåda gryningen av en ny era inom kemin – förmågan att se processen med fasta ämnen modifieras på atomär skala i realtid, eller saktade ner för snabba reaktioner. Det kan leda, de föreslår ytterligare, för att bättre kontrollera sådana processer, bland annat att hitta nya sätt att förhindra att metaller tar skada på grund av rost.
© 2017 Phys.org
