Kemikere udvikler friske, ny tilgang til fremstilling af legering nanomaterialer

Kemikere i College of Arts and Sciences har fundet ud af, hvordan man syntetiserer nanomaterialer med rustfrit stållignende grænseflader. Deres opdagelse kan ændre, hvordan nanomaterialers form og struktur manipuleres, især dem, der bruges til gaslagring, heterogen katalyse og lithium-ion batterier.

Resultaterne er genstand for en artikel i bladet den 24. juli Lille , medforfatter af lektor Mathew M. Maye og forskningsassistent Wenjie Wu G'11, G'13.

Indtil nu, forskere har brugt mange vådkemiske tilgange-samlet kendt som kolloidal syntese-til at manipulere reaktioner, hvor metalliske ioner danner legeringer på nanoskalaen. Her, metal nanopartikler er typisk 2 til 50 nanometer i størrelse og har meget unikke egenskaber, herunder forskellige farver, høj reaktivitet og ny kemi.

Maye og Wu er en del af et voksende team af internationale kemikere og materialeforskere, der udtænker nye måder at ændre størrelsen på, form og sammensætning af nanopartikler.

"På SU, vi har udviklet en ny syntetisk vej til at skræddersy den interne mikrostruktur af nanomaterialer, "siger Maye, hvis forskning spænder over uorganisk kemi, katalyse, materialevidenskab, selvsamling og bioteknologi.

Mayes tilgang begynder med en præ-syntetiseret jern-nanopartikelkerne. Efter syntetisering af kernen i sin krystallinske metalliske form, han og Wu deponerer kemisk tynde kromskaller på jernet. Når nanopartiklerne "kerne/skal" udsættes for høje temperaturer, de annealer. I øvrigt, jern og krom diffunderer ind i hinanden, danner en jern-chromlegeringsskal. Dermed, "core/legering" -produktet har en grænseflade, der ligner nogle former for rustfrit stål.

Da rustfrit stål er kendt for sin modstandsdygtighed over for oxidation, den store udfordring for Maye og Wu har været at finde ud af, hvordan nanopartikler klarer sig under denne proces.

"Vi har opdaget, at nanopartikler udviser en unik adfærd, når de oxideres, "siger han." En tynd, jern-chromoxidskal dannes, efterlader en ikke -oxideret jernkerne. Endnu mere interessant er det faktum, at et tomrum dannes, adskiller kernen fra skallen. Dette fænomen er i materialevidenskaben kendt som Kirkendall Diffusion, eller ledig koalescens. "

Denne form for arbejde, tilføjer han, ville ikke være muligt uden elektronmikroskopi i høj opløsning, Røntgendiffraktion og magnetiske målinger.

Selvom fabrikation af "kerne/legering" er en ny tilgang, det kan muliggøre flere forskellige former for legeringsnanomaterialer.

"De fleste legeringer tager vi for givet i makroskalaen, såsom stål, er svære at fremstille i nanoskalaen, på grund af let oxidation og andre specifikke betingelser, der kræves, "siger Maye." Vores tilgang åbner måske nye døre. "

En modtager af mange hæder og priser, herunder Presidential Early Career Award for forskere og ingeniører, Maye sluttede sig til SU's fakultet i 2008.

Wu, hvis ekspertise omfatter syntese af nanomaterialer, var den ledende kandidatstuderende på projektet. I august, hun tjener en ph.d. i uorganisk kemi fra SU.