Questa immagine illustra che, poiché l'ossido di ferro subisce ossidazione, vuoti nelle nanoparticelle si fondono per formare mezzelune. Credito:Alexandra Kirby / Y. Sun et al. / Scienza (2017)
(Phys.org)—Un team di ricercatori affiliati alla Temple University e all'Argonne National Laboratory ha sviluppato un modo per osservare la ristrutturazione dei materiali su scala atomica in tempo reale. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Scienza , il team descrive la loro tecnica e ciò che hanno osservato mentre seguivano la progressione dell'ossidazione su scala atomica. Doris Cadavid e Andreu Cabot con il Catalonia Institute for Energy Research offrono un pezzo di prospettiva sul lavoro svolto dal team nello stesso numero della rivista, e anche delineare la storia e le difficoltà associate all'osservazione dei cambiamenti a livello atomico che si verificano in un materiale. Notano anche che la tecnica di nuova concezione avrà probabilmente un impatto importante sul modo in cui i metalli e altri composti saranno ingegnerizzati in futuro.
Gli umani sanno da migliaia di anni, come notano Cadavid e Cabot, che i materiali si decompongono, bruciare o arrugginire, e hanno appreso più recentemente che tali cambiamenti si verificano a livello atomico. Per saperne di più su tali processi, gli scienziati li hanno studiati a fondo, ma sono stati parzialmente limitati dall'incapacità di osservare effettivamente ciò che accade a livello atomico. che potrebbe cambiare, poiché i ricercatori con questo nuovo sforzo hanno sviluppato un modo per osservare l'ossidazione che si verifica a livello atomico in tempo reale.
Il metodo prevedeva la combinazione di una tecnica di diffusione dei raggi X a piccola angolazione con un software di modellazione molecolare per tracciare con precisione il processo di ossidazione delle nanoparticelle di ossido di ferro, il tutto in tempo reale.
La tecnica ha permesso ai ricercatori di vedere che gli spazi vuoti si sarebbero formati all'inizio del processo, che si sono fusi insieme quando sono cresciuti fino a una certa dimensione, creando altri spazi vuoti a forma di mezzaluna più grandi. Hanno anche scoperto che potevano controllare il processo di diffusione con gli spazi vuoti alterando la temperatura e le dimensioni delle nanoparticelle.
Istantanee della struttura 3-D delle nanoparticelle di ferro nel corso del processo di ossidazione, catturati attraverso simulazioni di dinamica molecolare reattiva su larga scala. Queste simulazioni migliorano la nostra comprensione di processi come l'ossidazione e la corrosione, e gettare le basi per lo sviluppo di tecniche di imaging integrate per controllare o manipolare questi tipi di reazioni. Credito:Subramania Sankaranarayanan, Badri Narayanan, Yugang Sole, Xiaobing Zuo, Sheng Peng e Ganesh Kamath. Laboratorio Nazionale Argonne/Università del Tempio
Cadavid e Cabot suggeriscono che la tecnica potrebbe annunciare l'alba di una nuova era della chimica:la capacità di osservare in tempo reale il processo dei solidi modificati su scala atomica, o rallentato per reazioni veloci. potrebbe portare, suggeriscono ulteriormente, per controllare meglio tali processi, compresa la ricerca di nuovi modi per evitare che i metalli subiscano danni a causa della ruggine.
© 2017 Phys.org
