Naukowcy zbadali rdzę na poziomie atomowym. Co to oznacza dla twojego Opla?
Międzynarodowa grupa naukowców przeprowadziła badania dotyczące interakcji pary wodnej z metalami na poziomie atomowym. Opublikowana przez nich praca nosi tytuł „Atomistyczne mechanizmy pasywacji powierzchni indukowanej parą wodną”.
Mówiąc prościej, badacze przyjrzeli się bliżej pospolitej rdzy. Ich badania mogą mieć wpływ na metody przeciwdziałania korozji metali oraz na rozwój czystej energii.
Czego jeszcze nie wiemy o rdzy?
Badania zostały przeprowadzone przez międzynarodowy zespół obejmujący badaczy z Uniwersytetu w Pittsburghu, Laboratorium Narodowego Brookhaven oraz Uniwersytetu Binghamton w stanie Nowy Jork w USA.
Lider projektu profesor Guangwen Zhou przez całą swoją karierę zgłębia tajniki reakcji atomowych oraz bada strukturalne i funkcjonalne właściwości metali. We wspomnianym badaniu, razem ze swoim zespołem wykorzystał transmisyjną mikroskopię elektronową (TEM), by dowiedzieć się więcej o procesie korozji. Można zadać sobie pytanie, co takiego ciekawego może być w rdzy? Okazuje się, że całkiem wiele, bowiem proces jej powstawania wciąż nie został dokładnie poznany na poziomie atomowym.
Jednocześnie korozja metali jest poważnym problemem w wielu branżach. Kiedy para wodna lub rzadziej płynna woda styka się z metalem, powstająca rdza może prowadzić do problemów mechanicznych, które szkodzą wydajności maszyny. Wiedzą o tym dobrze posiadacze np. używanych samochodów. Co ciekawe, w szczególnych okolicznościach korozja w procesie zwanym pasywacją może tworzyć cienką warstwę, która działa jako bariera przed dalszym niszczeniem powierzchni.
W swoich badaniach Zhou i jego zespół doprowadził do zetknięcia pary wodnej z czystymi próbkami aluminium i obserwował zachodzące reakcje powierzchniowe. Naukowcy posiadają obszerną wiedzę o tym zjawisku. W jaki sposób cząsteczki wody reagują z aluminium, tworząc warstwę pasywacyjną? Tego wciąż nie wiemy.
Więcej o najnowszych technologiach przeczytaszt tutaj:
Jeśli rozumiesz dany proces, możesz go kontrolować
Dlaczego znalezienie na odpowiedzi na to pytanie jest ważne? Ponieważ, jak przekonują naukowcy, tylko wtedy, gdy poznamy i zrozumiemy określony proces, będziemy go w stanie kontrolować. A w związku z tym powstrzymywać lub z niego korzystać.
Koszt napraw usterek spowodowanych korozją na całym świecie szacuje się na 2,5 bln dolarów rocznie. Stanowi to ponad 3 proc. globalnego PKB. Opracowanie lepszych metod, które pozwoliłyby nam zapanować nad utlenianiem metali, byłoby ogromnym dobrodziejstwem z punktu widzenia gospodarki.
W trakcie eksperymentu naukowcy odkryli coś, czego nigdy wcześniej nie zaobserwowano. Oprócz warstwy wodorotlenku glinu, która utworzyła się na powierzchni aluminium, pod spodem powstała druga, amorficzna warstwa. Amorficzna, to znaczy taka, która nie posiada uporządkowanej struktury krystalicznej. Jej powstanie wskazuje na istnienie mechanizmu transportowego, który pozwala przenikać cząsteczkom tlenu do podłoża.
Jak stwierdził profesor Zhou:
Większość badań nad korozją koncentruje się na wzroście warstwy pasywacyjnej i tym, jak spowalnia ona proces korozji. Patrząc na ten problem w skali atomowej, czujemy, że możemy wypełnić lukę w wiedzy.
Ponadto zrozumienie, w jaki sposób atomy wodoru i tlenu, które tworzą cząsteczki wody, rozpadają się, w efekcie czego tlen oddziałuje z metalami, może prowadzić do nowych rozwiązań w produkcji czystej energii. Dlatego właśnie badania Zhou i jego zespołu zdecydował się finansować amerykański Departament Energii.
