Un equipo internacional de investigadores ha utilizado técnicas pioneras de microscopía electrónica para descubrir un mecanismo importante detrás de la reacción de las nanopartículas metálicas con el medio ambiente.

Crucialmente, la investigación dirigida por la Universidad de York y reportada en Materiales de la naturaleza , muestra que la oxidación de los metales, el proceso que describe, por ejemplo, cómo reacciona el hierro con el oxígeno, en presencia de agua, para formar óxido - procede mucho más rápidamente en nanopartículas que a escala macroscópica. Esto se debe a la gran cantidad de tensión introducida en las nanopartículas debido a su tamaño que es más de mil veces menor que el ancho de un cabello humano.

Mejorar la comprensión de las nanopartículas metálicas, en particular las de hierro y plata, es de vital importancia para los científicos debido a sus múltiples aplicaciones potenciales. Por ejemplo, Las nanopartículas de hierro y óxido de hierro se consideran importantes en campos que van desde tecnologías de combustibles limpios, almacenamiento de datos de alta densidad y catálisis, al tratamiento del agua, remediación del suelo, administración de fármacos dirigida y terapia contra el cáncer.

El equipo de investigación que también incluyó a científicos de la Universidad de Leicester, el Instituto Nacional de Ciencia de los Materiales, Japón y la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, ESTADOS UNIDOS, utilizó la resolución sin precedentes que se puede lograr con microscopía electrónica de transmisión de barrido con corrección de aberraciones para estudiar la oxidación de nanopartículas de hierro cuboides y realizó análisis de deformación a nivel atómico.

Investigador principal Dr. Roland Kröger, del Departamento de Física de la Universidad de York, dijo:"Utilizando un enfoque desarrollado en York y Leicester para producir y analizar nanopartículas muy bien definidas, pudimos estudiar la reacción de nanopartículas metálicas con el medio ambiente a nivel atómico y obtener información sobre la tensión asociada a la capa de óxido en un núcleo de hierro.

"Descubrimos que la película de óxido crece mucho más rápido en una nanopartícula que en un monocristal de hierro a granel; de hecho, muchos órdenes de magnitud más rápido. El análisis mostró que había una cantidad asombrosa de deformación y flexión en las nanopartículas que daría lugar a defectos a granel. material."

Los científicos utilizaron un método conocido como imágenes de contraste Z para examinar la capa de óxido que se forma alrededor de una nanopartícula después de la exposición a la atmósfera. y descubrió que en dos años las partículas estaban completamente oxidadas.

El autor para correspondencia, el Dr. Andrew Pratt, del Departamento de Física de York y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón, dijo:"La oxidación puede alterar drásticamente las propiedades de un nanomaterial, para bien o para mal, por lo que comprender este proceso a nanoescala es de vital importancia. Por lo tanto, este trabajo ayudará a aquellos que buscan usar nanopartículas metálicas en aplicaciones ambientales y tecnológicas, ya que proporciona una información sobre los cambios que pueden ocurrir durante su vida funcional deseada ".

El trabajo experimental se llevó a cabo en el York JEOL Nanocentre y el Departamento de Física de la Universidad de York, el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Leicester y el Instituto Frederick-Seitz de Investigación de Materiales de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

Los científicos obtuvieron imágenes durante un período de dos años. Después de este tiempo las nanopartículas de hierro, que originalmente tenían forma de cubo, se habían vuelto casi esféricos y estaban completamente oxidados.

Profesor Chris Binns, de la Universidad de Leicester, dijo:"Durante muchos años en Leicester hemos estado desarrollando técnicas de síntesis para producir nanopartículas muy bien definidas y es genial combinar esta tecnología con las excelentes instalaciones y experiencia en York para hacer una ciencia tan penetrante. Este trabajo es solo el comienzo y tenemos la intención de capitalizar nuestras habilidades complementarias para iniciar un programa de colaboración más amplio ".