Kemister i College of Arts and Sciences har listat ut hur man syntetiserar nanomaterial med rostfritt stålliknande gränssnitt. Deras upptäckt kan förändra hur formen och strukturen av nanomaterial manipuleras, särskilt de som används för gaslagring, heterogen katalys och litiumjonbatterier.

Resultaten är föremål för en artikel i tidskriften den 24 juli Små , medförfattare av docent Mathew M. Maye och forskningsassistent Wenjie Wu G'11, G'13.

Tills nu, forskare har använt många våtkemiska tillvägagångssätt - gemensamt känd som kolloidal syntes - för att manipulera reaktioner där metalljoner bildar legeringar på nanoskala. Här, metallnanopartiklar är vanligtvis 2 till 50 nanometer stora och har mycket unika egenskaper, inklusive olika färger, hög reaktivitet och ny kemi.

Maye och Wu är en del av ett växande team av internationella kemister och materialvetare som utarbetar nya sätt att ändra storleken, form och sammansättning av nanopartiklar.

"På SU, vi har utvecklat en ny syntetisk väg för att skräddarsy den interna mikrostrukturen av nanomaterial, säger Maye, vars forskning spänner över oorganisk kemi, katalys, materialvetenskap, självmontering och bioteknik.

Mayes tillvägagångssätt börjar med en försyntetiserad järnnanopartikelkärna. Efter att ha syntetiserat kärnan i dess kristallina metalliska form, han och Wu lägger kemiskt tunna skal av krom på järnet. När nanopartiklarna "kärna/skal" utsätts för höga temperaturer, de härdar. Dessutom, järn och krom diffunderar in i varandra, bildar ett skal av järn-kromlegering. Således, "kärna/legering"-produkten har ett gränssnitt som liknar vissa former av rostfritt stål.

Eftersom rostfritt stål är känt för sin motståndskraft mot oxidation, den stora utmaningen för Maye och Wu har varit att ta reda på hur nanopartiklar klarar sig under denna process.

"Vi har upptäckt att nanopartiklar uppvisar ett unikt beteende när de oxideras, " säger han. "En tunn, järn-kromoxid skal bildas, lämnar efter sig en ooxiderad järnkärna. Ännu mer intressant är det faktum att ett tomrum bildas, separera kärnan från skalet. Detta fenomen är känt inom materialvetenskap som Kirkendall Diffusion, eller Vacancy Coalescence."

Den här typen av arbete, han lägger till, skulle inte vara möjligt utan högupplöst elektronmikroskopi, Röntgendiffraktion och magnetiska mätningar.

Även om tillverkning av "kärna/legering" är ett nytt tillvägagångssätt, det kan möjliggöra fler olika former av legerade nanomaterial.

"De flesta legeringar tar vi för givna i makroskala, såsom stål, är svåra att tillverka i nanoskala, på grund av lätt oxidation och andra specifika förhållanden som krävs, " säger Maye. "Vårt tillvägagångssätt kan öppna nya dörrar."

En mottagare av många utmärkelser och utmärkelser, inklusive Presidential Early Career Award för vetenskapsmän och ingenjörer, Maye började på SU:s fakultet 2008.

Wu, vars expertis omfattar syntes av nanomaterial, var den ledande doktoranden i projektet. I Augusti, hon tar en doktorsexamen. i oorganisk kemi från SU.