Η μικροσκοπία αποκαλύπτει πώς τα βήματα του ατόμου εμποδίζουν την οξείδωση των μεταλλικών επιφανειών
Τα βήματα υψηλού επιπέδου σε μεταλλικές επιφάνειες μπορούν να εμποδίσουν σημαντικά την οξείδωση αυτών των επιφανειών, σύμφωνα με νέα μελέτη ερευνητών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, στο Μπέρκλεϊ και στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley.
Τα ευρήματα, που δημοσιεύονται στο περιοδικό Nature Materials, θα μπορούσαν να έχουν επιπτώσεις σε ποικίλες εφαρμογές, όπως η ανάπτυξη πιο ανθεκτικών υλικών και ο σχεδιασμός πιο αποτελεσματικών καταλυτών.
"Διαπιστώσαμε ότι τα βήματα-υψηλού ατόμου στις μεταλλικές επιφάνειες μπορούν να δράσουν ως εμπόδια στη διάχυση του οξυγόνου, γεγονός που μπορεί να επιβραδύνει σημαντικά τη διαδικασία οξείδωσης", δήλωσε ο επικεφαλής της μελέτης Dr. Xiaochen Wang, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Τμήμα Επιστήμης και Μηχανικών Υλικών στο UC Berkeley.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα συνδυασμό πειραματικών τεχνικών, συμπεριλαμβανομένης της μικροσκοπίας σήραγγας σάρωσης και της φασματοσκοπίας φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ, για να μελετήσουν την οξείδωση των μεταλλικών επιφανειών με και χωρίς στάδια υψηλού επιπέδου. Διαπίστωσαν ότι η παρουσία βημάτων υψηλού επιπέδου ατόμων μείωσε σημαντικά τον ρυθμό οξείδωσης και ότι αυτό το αποτέλεσμα ήταν πιο έντονο για μικρότερα βήματα.
"Αυτή είναι η πρώτη φορά που μπορέσαμε να παρατηρήσουμε άμεσα και να ποσοτικοποιήσουμε την επίδραση των βημάτων-υψηλών βημάτων στην οξείδωση της μεταλλικής επιφάνειας", δήλωσε ο Wang. "Τα ευρήματά μας θα μπορούσαν να μας βοηθήσουν να σχεδιάσουμε υλικά που είναι πιο ανθεκτικά στην οξείδωση, τα οποία θα μπορούσαν να έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών".
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι τα βήματα-υψηλού ατόμου λειτουργούν ως εμπόδια στη διάχυση του οξυγόνου επειδή διαταράσσουν την τακτική διάταξη των ατόμων στην μεταλλική επιφάνεια. Αυτή η διαταραχή καθιστά δυσκολότερη τα μόρια οξυγόνου να φτάσουν στα άτομα μετάλλου και να αντιδρούν μαζί τους.
"Τα ευρήματά μας υποδηλώνουν ότι μπορεί να είναι δυνατόν να βελτιωθεί η ανθεκτικότητα των μεταλλικών επιφανειών δημιουργώντας βήματα υψηλού επιπέδου στην επιφάνεια", δήλωσε ο Wang. "Αυτό θα μπορούσε να γίνει με μια ποικιλία μεθόδων, όπως η μηχανική στίλβωση ή η χημική χάραξη".
Οι ερευνητές πιστεύουν επίσης ότι τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να σχεδιάσουν πιο αποτελεσματικούς καταλύτες. Οι καταλύτες είναι υλικά που επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις χωρίς να καταναλώνονται στην αντίδραση. Δημιουργώντας βήματα υψηλού επιπέδου στην επιφάνεια ενός καταλύτη, μπορεί να είναι δυνατή η αύξηση του ρυθμού της αντίδρασης.
"Είμαστε ενθουσιασμένοι για τις πιθανές εφαρμογές των ευρημάτων μας", δήλωσε ο Wang. "Πιστεύουμε ότι το έργο μας θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων υλικών και καταλυτών με βελτιωμένη απόδοση".
