Mikroskopi afslører, hvordan atomhøje trin hæmmer oxidation af metaloverflader

Atomhøje trin på metaloverflader kan betydeligt hæmme oxidationen af ​​disse overflader, ifølge en ny undersøgelse foretaget af forskere ved University of California, Berkeley og Lawrence Berkeley National Laboratory.

Resultaterne, offentliggjort i tidsskriftet Nature Materials, kan have konsekvenser for en række forskellige anvendelser, såsom udvikling af mere holdbare materialer og design af mere effektive katalysatorer.

"Vi fandt ud af, at atomhøje trin på metaloverflader kan fungere som barrierer for iltdiffusion, hvilket kan bremse oxidationsprocessen betydeligt," siger studiets hovedforfatter Dr. Xiaochen Wang, en postdoc-forsker ved Institut for Materialevidenskab og Engineering ved UC Berkeley.

Forskerne brugte en kombination af eksperimentelle teknikker, herunder scanning tunnelmikroskopi og røntgenfotoelektronspektroskopi, til at studere oxidationen af ​​metaloverflader med og uden atomhøje trin. De fandt ud af, at tilstedeværelsen af ​​atomhøje trin reducerede oxidationshastigheden betydeligt, og at denne effekt var mere udtalt for mindre trin.

"Dette er første gang, vi har været i stand til direkte at observere og kvantificere effekten af ​​atomhøje trin på metaloverfladeoxidation," sagde Wang. "Vores resultater kan hjælpe os med at designe materialer, der er mere modstandsdygtige over for oxidation, som kan have en bred vifte af anvendelser."

Forskerne mener, at de atomhøje trin fungerer som barrierer for iltdiffusion, fordi de forstyrrer det regelmæssige arrangement af atomer på metaloverfladen. Denne forstyrrelse gør det sværere for iltmolekyler at nå metalatomerne og reagere med dem.

"Vores resultater tyder på, at det kan være muligt at forbedre holdbarheden af ​​metaloverflader ved at skabe atomhøje trin på overfladen," sagde Wang. "Dette kan gøres ved en række forskellige metoder, såsom mekanisk polering eller kemisk ætsning."

Forskerne mener også, at deres resultater kunne bruges til at designe mere effektive katalysatorer. Katalysatorer er materialer, der fremskynder kemiske reaktioner uden at blive forbrugt i reaktionen. Ved at skabe atomhøje trin på overfladen af ​​en katalysator kan det være muligt at øge reaktionshastigheden.

"Vi er begejstrede for de potentielle anvendelser af vores resultater," sagde Wang. "Vi tror på, at vores arbejde kan føre til udvikling af nye materialer og katalysatorer med forbedret ydeevne."