Uma equipe internacional de pesquisadores usou técnicas pioneiras de microscopia eletrônica para descobrir um mecanismo importante por trás da reação das nanopartículas metálicas com o meio ambiente.
Crucialmente, a pesquisa liderada pela Universidade de York e relatada em Materiais da Natureza , mostra que a oxidação de metais - o processo que descreve, por exemplo, como o ferro reage com o oxigênio, na presença de água, para formar ferrugem - ocorre muito mais rapidamente em nanopartículas do que na escala macroscópica. Isso se deve à grande quantidade de cepa introduzida nas nanopartículas devido ao seu tamanho que é mais de mil vezes menor que a largura de um fio de cabelo humano.
Melhorar a compreensão das nanopartículas metálicas - particularmente as de ferro e prata - é de importância fundamental para os cientistas por causa de suas muitas aplicações potenciais. Por exemplo, nanopartículas de óxido de ferro e ferro são consideradas importantes em campos que vão desde tecnologias de combustível limpo, armazenamento de dados de alta densidade e catálise, ao tratamento de água, remediação do solo, administração de drogas direcionadas e terapia de câncer.
A equipe de pesquisa, que também incluiu cientistas da Universidade de Leicester, o Instituto Nacional de Ciência de Materiais, Japão e Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, EUA, usou a resolução sem precedentes atingível com microscopia eletrônica de transmissão de varredura com correção de aberração para estudar a oxidação de nanopartículas de ferro cubóide e realizou análise de deformação no nível atômico.
O investigador principal, Dr. Roland Kröger, do Departamento de Física da Universidade de York, disse:"Usando uma abordagem desenvolvida em York e Leicester para produzir e analisar nanopartículas muito bem definidas, pudemos estudar a reação das nanopartículas metálicas com o meio ambiente em nível atômico e obter informações sobre a deformação associada à camada de óxido em um núcleo de ferro.
"Descobrimos que o filme de óxido cresce muito mais rápido em uma nanopartícula do que em um único cristal de ferro - na verdade, muitas ordens de magnitude mais rápido. A análise mostrou que havia uma quantidade surpreendente de deformação e curvatura nas nanopartículas que levaria a defeitos em massa material."
Os cientistas usaram um método conhecido como imagem de contraste Z para examinar a camada de óxido que se forma em torno de uma nanopartícula após a exposição à atmosfera, e descobriu que em dois anos as partículas estavam completamente oxidadas.
Autor correspondente, Dr. Andrew Pratt, do Departamento de Física de York e do Instituto Nacional de Ciência de Materiais do Japão, disse:"A oxidação pode alterar drasticamente as propriedades de um nanomaterial - para melhor ou para pior - e, portanto, compreender este processo em nanoescala é de importância crítica. Este trabalho, portanto, ajudará aqueles que buscam usar nanopartículas metálicas em aplicações ambientais e tecnológicas, pois fornece um conhecimento mais profundo visão das mudanças que podem ocorrer ao longo de sua vida funcional desejada. "
O trabalho experimental foi realizado no York JEOL Nanocentre e no Departamento de Física da Universidade de York, o Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Leicester e o Instituto Frederick-Seitz para Pesquisa de Materiais da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign.
Os cientistas obtiveram imagens em um período de dois anos. Após este tempo, as nanopartículas de ferro, que eram originalmente em forma de cubo, tornaram-se quase esféricos e foram completamente oxidados.
Professor Chris Binns, da Universidade de Leicester, disse:"Por muitos anos em Leicester temos desenvolvido técnicas de síntese para produzir nanopartículas muito bem definidas e é ótimo combinar essa tecnologia com as excelentes instalações e experiência em York para fazer uma ciência tão penetrante. Este trabalho é apenas o começo e pretendemos capitalizar nossas habilidades complementares para iniciar um programa colaborativo mais amplo. "
