Esta imagem ilustra isso, como o óxido de ferro sofre oxidação, vazios nas nanopartículas se fundem para formar crescentes. Crédito:Alexandra Kirby / Y. Sun et al. / Ciência (2017)
(Phys.org) —Uma equipe de pesquisadores afiliados à Temple University e ao Argonne National Laboratory desenvolveu uma maneira de observar a reestruturação do material em escala atômica em tempo real. Em seu artigo publicado na revista Ciência , a equipe descreve sua técnica e o que observaram ao seguir a progressão da oxidação em escala atômica. Doris Cadavid e Andreu Cabot do Catalonia Institute for Energy Research oferecem um artigo de Perspectiva sobre o trabalho realizado pela equipe na mesma edição da revista, e também delinear a história e as dificuldades associadas à observação das mudanças em nível atômico ocorrendo em um material. Eles observam também que a técnica recém-desenvolvida provavelmente terá um grande impacto sobre como os metais e outros compostos serão projetados no futuro.
Os humanos sabem há milhares de anos, como Cadavid e Cabot observam, que os materiais se decompõem, queimar ou enferrujar, e descobri mais recentemente que essas mudanças ocorrem no nível atômico. Para saber mais sobre esses processos, os cientistas os estudaram em profundidade, mas foram parcialmente limitados por uma incapacidade de realmente observar o que acontece no nível atômico. Isso pode estar mudando, já que os pesquisadores com esse novo esforço desenvolveram uma maneira de observar a oxidação ocorrendo no nível atômico em tempo real.
O método envolveu a combinação de uma técnica de espalhamento de raios-X de pequeno ângulo com software de modelagem molecular para rastrear em detalhes precisos o processo de oxidação de nanopartículas de óxido de ferro - tudo em tempo real.
A técnica permitiu aos pesquisadores ver que os espaços vazios se formariam no início do processo, que se fundiram quando chegaram a um certo tamanho, criando outros espaços vazios maiores em forma de crescente. Eles também descobriram que podiam controlar o processo de difusão com os espaços vazios, alterando a temperatura e o tamanho das nanopartículas.
Instantâneos da estrutura 3-D das nanopartículas de ferro no decorrer do processo de oxidação, capturado através de simulações dinâmicas moleculares reativas em grande escala. Essas simulações aumentam nossa compreensão de processos como oxidação e corrosão, e construir uma base para o desenvolvimento de técnicas de imagem integradas para controlar ou manipular esses tipos de reações. Crédito:Subramanian Sankaranarayanan, Badri Narayanan, Yugang Sun, Xiaobing Zuo, Sheng Peng e Ganesh Kamath. Laboratório Nacional de Argonne / Universidade Temple
Cadavid e Cabot sugerem que a técnica pode anunciar o início de uma nova era na química - a capacidade de assistir o processo de sólidos sendo modificados em escala atômica em tempo real, ou desacelerado para reações rápidas. Pode levar, eles sugerem mais, para controlar melhor esses processos, incluindo encontrar novas maneiras de evitar que os metais sofram danos devido à ferrugem.
© 2017 Phys.org
