Atomhöga steg på metallytor kan avsevärt hindra oxidationen av dessa ytor, enligt en ny studie av forskare vid University of California, Berkeley och Lawrence Berkeley National Laboratory.
Resultaten, publicerade i tidskriften Nature Materials, kan få konsekvenser för en mängd olika applikationer, såsom utveckling av mer hållbara material och design av effektivare katalysatorer.
"Vi fann att atomhöga steg på metallytor kan fungera som barriärer för syrediffusion, vilket avsevärt kan bromsa oxidationsprocessen", säger studiens huvudförfattare Dr Xiaochen Wang, postdoktor vid Institutionen för materialvetenskap och teknik vid UC Berkeley.
Forskarna använde en kombination av experimentella tekniker, inklusive scanning tunnelmikroskopi och röntgenfotoelektronspektroskopi, för att studera oxidationen av metallytor med och utan atomhöga steg. De fann att närvaron av atomhöga steg avsevärt minskade oxidationshastigheten, och att denna effekt var mer uttalad för mindre steg.
"Detta är första gången som vi har kunnat direkt observera och kvantifiera effekten av atomhöga steg på metallytoxidation," sa Wang. "Våra resultat kan hjälpa oss att designa material som är mer motståndskraftiga mot oxidation, som kan ha ett brett spektrum av tillämpningar."
Forskarna tror att de atomhöga stegen fungerar som barriärer för syrediffusion eftersom de stör det regelbundna arrangemanget av atomer på metallytan. Denna störning gör det svårare för syremolekyler att nå metallatomerna och reagera med dem.
"Våra fynd tyder på att det kan vara möjligt att förbättra hållbarheten på metallytor genom att skapa atomhöga steg på ytan", säger Wang. "Detta kan göras med en mängd olika metoder, såsom mekanisk polering eller kemisk etsning."
Forskarna tror också att deras resultat kan användas för att designa mer effektiva katalysatorer. Katalysatorer är material som påskyndar kemiska reaktioner utan att förbrukas i reaktionen. Genom att skapa atomhöga steg på ytan av en katalysator kan det vara möjligt att öka reaktionshastigheten.
"Vi är entusiastiska över de potentiella tillämpningarna av våra fynd," sade Wang. "Vi tror att vårt arbete kan leda till utveckling av nya material och katalysatorer med förbättrad prestanda."
