Esta imagen ilustra que, a medida que el óxido de hierro se oxida, los vacíos en las nanopartículas se fusionan para formar semilunas. Crédito:Alexandra Kirby / Y. Sun et al. / Ciencias (2017)
(Phys.org) —Un equipo de investigadores afiliados a la Universidad de Temple y al Laboratorio Nacional de Argonne ha desarrollado una forma de observar la reestructuración de materiales a escala atómica en tiempo real. En su artículo publicado en la revista Ciencias , el equipo describe su técnica y lo que observaron mientras seguían la progresión de la oxidación a escala atómica. Doris Cadavid y Andreu Cabot del Instituto de Investigaciones Energéticas de Cataluña ofrecen una pieza en perspectiva sobre el trabajo realizado por el equipo en el mismo número de la revista, y también esbozar la historia y las dificultades asociadas con la observación de los cambios a nivel atómico que ocurren en un material. También señalan que es probable que la técnica recientemente desarrollada tenga un impacto importante en la forma en que se diseñan los metales y otros compuestos en el futuro.
Los humanos lo han sabido durante miles de años, como señalan Cadavid y Cabot, que los materiales se descomponen, quemarse u oxidarse, y he aprendido más recientemente que tales cambios ocurren a nivel atómico. Para obtener más información sobre estos procesos, los científicos los han estudiado en profundidad, pero han estado parcialmente limitados por la incapacidad de observar realmente lo que sucede a nivel atómico. Eso puede estar cambiando ya que los investigadores con este nuevo esfuerzo han desarrollado una forma de observar la oxidación que ocurre a nivel atómico en tiempo real.
El método involucró la combinación de una técnica de dispersión de rayos X de ángulo pequeño con un software de modelado molecular para rastrear con precisión el proceso de oxidación de las nanopartículas de óxido de hierro, todo en tiempo real.
La técnica permitió a los investigadores ver que se formarían espacios vacíos al inicio del proceso, que se fusionaron cuando crecieron hasta cierto tamaño, creando otros espacios vacíos en forma de media luna más grandes. También descubrieron que podían controlar el proceso de difusión con los espacios vacíos alterando la temperatura y el tamaño de las nanopartículas.
Instantáneas de la estructura tridimensional de las nanopartículas de hierro en el transcurso del proceso de oxidación, capturado a través de simulaciones dinámicas moleculares reactivas a gran escala. Estas simulaciones mejoran nuestra comprensión de procesos como la oxidación y la corrosión, y sentar las bases para desarrollar técnicas de imagen integradas para controlar o manipular este tipo de reacciones. Crédito:Subramanian Sankaranarayanan, Badri Narayanan, Yugang Sun, Xiaobing Zuo, Sheng Peng y Ganesh Kamath. Laboratorio Nacional Argonne / Universidad Temple
Cadavid y Cabot sugieren que la técnica puede anunciar el comienzo de una nueva era en la química:la capacidad de observar el proceso de modificación de sólidos a escala atómica en tiempo real. o ralentizado para reacciones rápidas. Podría conducir sugieren más, para controlar mejor dichos procesos, incluida la búsqueda de nuevas formas de evitar que los metales sufran daños debido a la oxidación.
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