Des chimistes du Collège des arts et des sciences ont découvert comment synthétiser des nanomatériaux avec des interfaces de type acier inoxydable. Leur découverte peut changer la façon dont la forme et la structure des nanomatériaux sont manipulées, notamment celles utilisées pour le stockage de gaz, catalyse hétérogène et batteries lithium-ion.

Les résultats font l'objet d'un article du 24 juillet dans la revue Petit , co-écrit par le professeur agrégé Mathew M. Maye et l'assistant de recherche Wenjie Wu G'11, G'13.

Jusqu'à maintenant, les scientifiques ont utilisé de nombreuses approches chimiques humides - collectivement connues sous le nom de synthèse colloïdale - pour manipuler des réactions dans lesquelles les ions métalliques forment des alliages à l'échelle nanométrique. Ici, les nanoparticules métalliques ont généralement une taille de 2 à 50 nanomètres et ont des propriétés très uniques, y compris diverses couleurs, haute réactivité et nouvelle chimie.

Maye et Wu font partie d'une équipe grandissante de chimistes et de scientifiques des matériaux internationaux qui élaborent de nouvelles façons de modifier la taille, forme et composition des nanoparticules.

« À l'US, nous avons développé une nouvelle voie de synthèse pour adapter la microstructure interne des nanomatériaux, " dit Maye, dont les recherches s'étendent à la chimie inorganique, catalyse, la science des matériaux, l'auto-assemblage et la biotechnologie.

L'approche de Maye commence par un noyau de nanoparticules de fer pré-synthétisé. Après avoir synthétisé le noyau sous sa forme métallique cristalline, lui et Wu déposent chimiquement de fines coquilles de chrome sur le fer. Lorsque les nanoparticules « cœur/coquille » sont exposées à des températures élevées, ils recuit. De plus, le fer et le chrome diffusent l'un dans l'autre, formant une coque en alliage fer-chrome. Ainsi, le produit "noyau/alliage" a une interface similaire à certaines formes d'acier inoxydable.

Puisque l'acier inoxydable est connu pour sa résistance à l'oxydation, le grand défi pour Maye et Wu a été de découvrir comment les nanoparticules se débrouillent pendant ce processus.

"Nous avons découvert que les nanoparticules présentent un comportement unique lorsqu'elles sont oxydées, " dit-il. " Un mince, formes de coquille d'oxyde de fer-chrome, laissant derrière lui un noyau de fer non oxydé. Plus intéressant encore est le fait qu'un vide se forme, séparer le noyau de la coque. Ce phénomène est connu en science des matériaux sous le nom de Kirkendall Diffusion, ou vacance de la coalescence."

Ce genre de travail, il ajoute, ne serait pas possible sans la microscopie électronique à haute résolution, Diffraction des rayons X et mesures magnétiques.

Bien que la fabrication "noyau/alliage" soit une nouvelle approche, il peut permettre des formes plus diverses de nanomatériaux d'alliage.

"La plupart des alliages que nous tenons pour acquis à l'échelle macro, comme l'acier, sont difficiles à fabriquer à l'échelle nanométrique, en raison de la facilité d'oxydation et d'autres conditions spécifiques requises, " dit Maye. " Notre approche peut ouvrir de nouvelles portes. "

Récipiendaire de nombreux honneurs et récompenses, y compris le Prix présidentiel de début de carrière pour les scientifiques et les ingénieurs, Maye a rejoint la faculté de SU en 2008.

Wu, dont l'expertise englobe la synthèse de nanomatériaux, était le principal étudiant diplômé du projet. En août, elle obtient un doctorat. en chimie inorganique de SU.