Un team internazionale di ricercatori ha utilizzato tecniche pionieristiche di microscopia elettronica per scoprire un importante meccanismo alla base della reazione delle nanoparticelle metalliche con l'ambiente.
In modo cruciale, la ricerca condotta dall'Università di York e riportata in Materiali della natura , mostra che l'ossidazione dei metalli - il processo che descrive, Per esempio, come il ferro reagisce con l'ossigeno, in presenza di acqua, per formare ruggine - procede molto più rapidamente nelle nanoparticelle che su scala macroscopica. Ciò è dovuto alla grande quantità di deformazione introdotta nelle nanoparticelle a causa della loro dimensione che è oltre mille volte inferiore alla larghezza di un capello umano.
Migliorare la comprensione delle nanoparticelle metalliche, in particolare quelle di ferro e argento, è di fondamentale importanza per gli scienziati a causa delle loro numerose potenziali applicazioni. Per esempio, le nanoparticelle di ferro e ossido di ferro sono considerate importanti in campi che vanno dalle tecnologie dei combustibili puliti, archiviazione e catalisi dei dati ad alta densità, al trattamento delle acque, bonifica del suolo, somministrazione mirata di farmaci e terapia del cancro.
Il gruppo di ricerca, che comprendeva anche scienziati dell'Università di Leicester, l'Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali, Giappone e l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, STATI UNITI D'AMERICA, ha utilizzato la risoluzione senza precedenti ottenibile con la microscopia elettronica a trasmissione a scansione corretta per l'aberrazione per studiare l'ossidazione delle nanoparticelle di ferro cuboide e ha eseguito l'analisi della deformazione a livello atomico.
Investigatore capo Dr Roland Kröger, dal Dipartimento di Fisica dell'Università di York, ha dichiarato:"Utilizzando un approccio sviluppato a York e Leicester per la produzione e l'analisi di nanoparticelle molto ben definite, siamo stati in grado di studiare la reazione delle nanoparticelle metalliche con l'ambiente a livello atomico e di ottenere informazioni sulla deformazione associata al guscio di ossido su un nucleo di ferro.
"Abbiamo scoperto che il film di ossido cresce molto più velocemente su una nanoparticella che su un singolo cristallo sfuso di ferro - in effetti molti ordini di grandezza più velocemente. L'analisi ha mostrato che c'era una quantità sorprendente di deformazione e flessione nelle nanoparticelle che avrebbero portato a difetti di massa Materiale."
Gli scienziati hanno utilizzato un metodo noto come imaging a contrasto Z per esaminare lo strato di ossido che si forma attorno a una nanoparticella dopo l'esposizione all'atmosfera, e scoprì che entro due anni le particelle erano completamente ossidate.
L'autore corrispondente Dr Andrew Pratt, dal Dipartimento di Fisica di York e dal National Institute for Materials Science del Giappone, ha dichiarato:"L'ossidazione può alterare drasticamente le proprietà di un nanomateriale - nel bene e nel male - e quindi comprendere questo processo su scala nanometrica è di fondamentale importanza. Questo lavoro aiuterà quindi coloro che cercano di utilizzare le nanoparticelle metalliche in applicazioni ambientali e tecnologiche in quanto fornisce una più profonda informazioni sui cambiamenti che possono verificarsi durante la loro vita funzionale desiderata."
Il lavoro sperimentale è stato svolto presso il Nanocentre JEOL di York e il Dipartimento di Fisica dell'Università di York, il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università di Leicester e il Frederick-Seitz Institute for Materials Research dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign.
Gli scienziati hanno ottenuto immagini per un periodo di due anni. Dopo questo tempo, le nanoparticelle di ferro, che originariamente erano a forma di cubo, erano diventati quasi sferici e si erano completamente ossidati.
Professor Chris Binns, dell'Università di Leicester, ha dichiarato:"Per molti anni a Leicester abbiamo sviluppato tecniche di sintesi per produrre nanoparticelle molto ben definite ed è fantastico combinare questa tecnologia con le eccellenti strutture e competenze di York per fare una scienza così penetrante. Questo lavoro è solo l'inizio e intendiamo sfruttare le nostre capacità complementari per avviare un programma di collaborazione più ampio".
