Røntgenspredning og molekylær dynamik-simuleringer, der bruges til at skabe billeddannelse i realtid af nanopartikeloxidation

(Phys.org) – Et team af forskere tilknyttet Temple University og Argonne National Laboratory har udviklet en måde at observere materiale omstrukturering på atomær skala i realtid. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Videnskab , holdet beskriver deres teknik og hvad de observerede, mens de fulgte oxidationens fremskridt på atomskalaen. Doris Cadavid og Andreu Cabot med Catalonia Institute for Energy Research tilbyder et perspektiv på arbejdet udført af teamet i samme tidsskriftsudgave, og skitserer også historien og vanskelighederne forbundet med at observere ændringer på atomniveau, der forekommer i et materiale. De bemærker også, at den nyudviklede teknik sandsynligvis vil have en stor indflydelse på, hvordan metaller og andre forbindelser fremstilles i fremtiden.

Mennesker har kendt i tusinder af år, som Cadavid og Cabot bemærker, at materialer nedbrydes, brænde eller rust, og har for nylig erfaret, at sådanne ændringer forekommer på atomniveau. For at lære mere om sådanne processer, videnskabsmænd har studeret dem i dybden, men har været delvist begrænset af en manglende evne til rent faktisk at se, hvad der sker på atomniveau. Det kan ændre sig, da forskerne med denne nye indsats har udviklet en måde at se oxidation, der sker på atomniveau i realtid.

Metoden involverede at kombinere en røntgenspredningsteknik med små vinkler med molekylær modelleringssoftware for at spore i præcise detaljer oxidationsprocessen af ​​jernoxidnanopartikler - alt sammen i realtid.

Teknikken gjorde det muligt for forskerne at se, at tomme rum ville dannes ved begyndelsen af ​​processen, som smeltede sammen, da de voksede til en vis størrelse, skabe andre større halvmåneformede tomme rum. De fandt også ud af, at de kunne styre diffusionsprocessen med de tomme rum ved at ændre temperaturen og størrelsen af ​​nanopartiklerne.

Cadavid og Cabot antyder, at teknikken kan indvarsle begyndelsen af ​​en ny æra inden for kemi - evnen til at se processen med faste stoffer, der modificeres på atomskalaen i realtid, eller bremset for hurtige reaktioner. Det kan føre til, de foreslår yderligere, for bedre at kontrollere sådanne processer, herunder at finde nye måder at forhindre metaller i at lide skade på grund af rust.

© 2017 Phys.org