I chimici del College of Arts and Sciences hanno scoperto come sintetizzare nanomateriali con interfacce simili all'acciaio inossidabile. La loro scoperta potrebbe cambiare il modo in cui vengono manipolate la forma e la struttura dei nanomateriali, in particolare quelli utilizzati per lo stoccaggio del gas, catalisi eterogenea e batterie agli ioni di litio.

I risultati sono oggetto di un articolo del 24 luglio sulla rivista Piccolo , co-autore del professore associato Mathew M. Maye e dell'assistente di ricerca Wenjie Wu G'11, G'13.

Fino ad ora, gli scienziati hanno utilizzato molti approcci di chimica umida, noti collettivamente come sintesi colloidale, per manipolare reazioni in cui gli ioni metallici formano leghe su scala nanometrica. Qui, le nanoparticelle metalliche sono tipicamente di dimensioni comprese tra 2 e 50 nanometri e hanno proprietà altamente uniche, compresi vari colori, alta reattività e nuova chimica.

Maye e Wu fanno parte di un team in crescita di chimici internazionali e scienziati dei materiali che escogitano nuovi modi per modificare le dimensioni, forma e composizione delle nanoparticelle.

"A SU, abbiamo sviluppato un nuovo percorso sintetico per adattare la microstruttura interna dei nanomateriali, "dice Maye, la cui ricerca spazia dalla chimica inorganica, catalisi, scienza dei materiali, autoassemblaggio e biotecnologia.

L'approccio di Maye inizia con un nucleo di nanoparticelle di ferro pre-sintetizzato. Dopo aver sintetizzato il nucleo nella sua forma metallica cristallina, lui e Wu depositano chimicamente sottili gusci di cromo sul ferro. Quando le nanoparticelle "core/shell" sono esposte a temperature elevate, essi ricoprono. Inoltre, il ferro e il cromo si diffondono l'uno nell'altro, formando un guscio in lega di ferro-cromo. Così, il prodotto "core/lega" ha un'interfaccia simile ad alcune forme di acciaio inossidabile.

Poiché l'acciaio inossidabile è noto per la sua resistenza all'ossidazione, la grande sfida per Maye e Wu è stata scoprire come le nanoparticelle reagiscono durante questo processo.

"Abbiamo scoperto che le nanoparticelle mostrano un comportamento unico quando ossidate, " dice. "Un sottile, forme di guscio di ossido di ferro-cromo, lasciando dietro di sé un nucleo di ferro non ossidato. Ancora più interessante è il fatto che si forma un vuoto, separando il nucleo dal guscio. Questo fenomeno è noto nella scienza dei materiali come Diffusione di Kirkendall, o Vacancy Coalescenza."

Questo tipo di lavoro, Aggiunge, non sarebbe possibile senza la microscopia elettronica ad alta risoluzione, Diffrazione dei raggi X e misure magnetiche.

Sebbene la fabbricazione "core/lega" sia un nuovo approccio, può consentire forme più diverse di nanomateriali in lega.

"La maggior parte delle leghe che diamo per scontate alla macroscala, come l'acciaio, sono difficili da fabbricare su scala nanometrica, a causa della facilità di ossidazione e di altre condizioni specifiche richieste, " dice Maye. "Il nostro approccio potrebbe aprire nuove porte".

Destinatario di numerosi riconoscimenti e premi, tra cui il Presidential Early Career Award per scienziati e ingegneri, Maye è entrato a far parte della facoltà di SU nel 2008.

Wu, la cui competenza comprende la sintesi di nanomateriali, è stato lo studente laureato principale del progetto. In agosto, lei guadagna un dottorato di ricerca. in chimica inorganica da SU.