Среда, 21 февраля, 2024
ДомойХимияРаскрытие атомных тайн распада металла: революционный взгляд на коррозию

Раскрытие атомных тайн распада металла: революционный взгляд на коррозию

- Advertisement -

Ученые использовали ПЭМ окружающей среды, чтобы раскрыть на атомном уровне тайны того, как водяной пар взаимодействует с металлами, что приводит либо к коррозии, либо к пассивации. Их исследования дают представление о совершенствовании решений по борьбе с коррозией и экологически чистой энергии с широкими экономическими и экологическими преимуществами. Фото: SciTechDaily.com

Инновационные исследования раскрывают новые подробности взаимодействия водяного пара с металлами на атомном уровне, что имеет значение для борьбы с коррозией и развития экологически чистой энергетики.

Когда водяной пар встречается с металлом, возникающая в результате коррозия может привести к механическим проблемам, которые ухудшают работу машины. Благодаря процессу, называемому пассивацией, он также может образовывать тонкий инертный слой, который действует как барьер против дальнейшего разрушения.

В любом случае, точная химическая реакция не совсем понятна на атомном уровне, но ситуация меняется благодаря методу, называемому трансмиссионной электронной микроскопией окружающей среды (ПЭМ), который позволяет исследователям напрямую наблюдать молекулы, взаимодействующие в минимально возможном масштабе.

Революционные исследования атомных реакций

Профессор Гуанвэнь Чжоу — преподаватель Колледжа инженерии и прикладных наук Томаса Дж. Уотсона Бингемтонского университета — исследует тайны атомных реакций с тех пор, как поступил на факультет машиностроения в 2007 году. Вместе с сотрудниками из Университетов Питтсбурга и Брукхейвена Национальной лаборатории он изучал структурные и функциональные свойства металлов и процесс изготовления «зеленой» стали.

Их последнее исследование «Атомистические механизмы пассивации поверхности, вызванной водяным паром», было недавно опубликовано в журнале. Достижения науки. В число соавторов входили аспиранты из Бингемтона Сяобо Чен, Дунсян Ву, Чаоран Ли, Шуонан Йе и Шьям Бхараткумар Патель, MS ’21; На Цай, доктор философии ’12; Чжао Лю, доктор философии ’20; Вейтао Шань, MS ’16, и Гофэн Ван из Питтсбургского университета; и Суён Хван, Дмитрий Н. Захаров и Хорхе Анибал Боскобойник из Брукхейвенской национальной лаборатории.

Изображение окисленной поверхности алюминия, полученное методом просвечивающей электронной микроскопии, показывает, что пассивирующая оксидная пленка, образующаяся в парах воды, состоит из внутреннего слоя аморфного оксида алюминия и внешнего слоя кристаллического гидроксида алюминия. Кредит: Предоставлено

В статье Чжоу и его команда использовали водяной пар для очистки образцов алюминия и наблюдали поверхностные реакции.

«Это явление хорошо известно, потому что оно происходит в нашей повседневной жизни», — сказал он. «Но как молекулы воды реагируют с алюминием, образуя пассивирующий слой? Если вы посмотрите на [research] В литературе мало работ о том, как это происходит на атомном уровне. Если мы хотим использовать это во благо, мы должны знать, потому что тогда у нас будет какой-то способ контролировать это».

Они обнаружили то, чего никогда раньше не наблюдалось: помимо слоя гидроксида алюминия, образовавшегося на поверхности, под ним образовался второй аморфный слой, что указывает на существование механизма транспорта, который диффундирует кислород в подложку.

«Большинство исследований коррозии сосредоточены на росте пассивационного слоя и на том, как он замедляет процесс коррозии», — сказал Чжоу. «Если посмотреть на это в атомном масштабе, мы почувствуем, что можем преодолеть разрыв в знаниях».

Гуанвэнь Чжоу — профессор машиностроения в Колледже инженерных и прикладных наук Уотсона. Кредит: Джонатан Коэн

Экономические и экологические последствия исследований коррозииЭкономические и экологические последствия исследований коррозии

Стоимость устранения коррозии во всем мире оценивается в 2,5 триллиона долларов в год, что составляет более 3% мирового ВВП, поэтому разработка более эффективных способов управления окислением могла бы стать экономическим благом.

Кроме того, понимание того, как атомы водорода и кислорода в молекуле воды распадаются на части для взаимодействия с металлами, может привести к созданию экологически чистых энергетических решений, поэтому Министерство энергетики США финансировало это исследование и аналогичные проекты Чжоу в прошлом.

«Если разложить воду на кислород и водород, то при повторном соединении она снова станет просто водой», — сказал он. «Он не загрязнен ископаемым топливом и не производит углекислый газ».

Из-за последствий для экологически чистой энергетики Министерство энергетики регулярно продлевало финансирование гранта Чжоу в течение последних 15 лет.

«Я очень ценю долгосрочную поддержку этого исследования», — сказал Чжоу. «Это очень важный вопрос для энергетических устройств или энергетических систем, потому что у нас есть много металлических сплавов, которые используются в качестве конструкционного материала».

Ссылка: «Атомистические механизмы пассивации поверхности, вызванной водяным паром», Сяобо Чен, Вейтао Шан, Дунсян Ву, Шьям Бхараткумар Патель, На Цай, Чаоран Ли, Шуонань Йе, Чжао Лю, Суён Хван, Дмитрий Н. Захаров, Хорхе Анибал Боскобойник , Гофэн Ван и Гуанвэнь Чжоу, 1 ноября 2023 г., Достижения науки.
DOI: 10.1126/sciadv.adh5565.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме