Cette image illustre que, comme l'oxyde de fer subit une oxydation, les vides dans les nanoparticules fusionnent pour former des croissants. Crédit :Alexandra Kirby / Y. Sun et al. / Science (2017)
(Phys.org) - Une équipe de chercheurs affiliée à l'Université Temple et au Laboratoire national d'Argonne a développé un moyen d'observer la restructuration des matériaux à l'échelle atomique en temps réel. Dans leur article publié dans la revue Science , l'équipe décrit leur technique et ce qu'ils ont observé en suivant la progression de l'oxydation à l'échelle atomique. Doris Cadavid et Andreu Cabot de l'Institut catalan de recherche sur l'énergie proposent un article en perspective sur le travail effectué par l'équipe dans le même numéro de revue, et également décrire l'histoire et les difficultés associées à l'observation des changements au niveau atomique se produisant dans un matériau. Ils notent également que la technique nouvellement développée est susceptible d'avoir un impact majeur sur la façon dont les métaux et autres composés sont fabriqués à l'avenir.
Les humains savent depuis des milliers d'années, comme le notent Cadavid et Cabot, que les matériaux se décomposent, brûler ou rouiller, et ont appris plus récemment que de tels changements se produisent au niveau atomique. Pour en savoir plus sur ces processus, les scientifiques les ont étudiés en profondeur, mais ont été partiellement limités par une incapacité à réellement observer ce qui se passe au niveau atomique. Cela peut changer, car les chercheurs avec ce nouvel effort ont développé un moyen de regarder l'oxydation se produire au niveau atomique en temps réel.
La méthode consistait à combiner une technique de diffusion des rayons X à petit angle avec un logiciel de modélisation moléculaire pour suivre avec précision le processus d'oxydation des nanoparticules d'oxyde de fer, le tout en temps réel.
La technique a permis aux chercheurs de voir que des espaces vides se formeraient au début du processus, qui ont fusionné lorsqu'ils ont atteint une certaine taille, créant d'autres espaces vides plus grands en forme de croissant. Ils ont également découvert qu'ils pouvaient contrôler le processus de diffusion avec les espaces vides en modifiant la température et la taille des nanoparticules.
Instantanés de la structure 3-D de nanoparticules de fer au cours du processus d'oxydation, capturés grâce à des simulations de dynamique moléculaire réactive à grande échelle. Ces simulations améliorent notre compréhension des processus tels que l'oxydation et la corrosion, et jeter les bases du développement de techniques d'imagerie intégrées pour contrôler ou manipuler ces types de réactions. Crédit :Subramanian Sankaranarayanan, Badri Narayanan, Soleil Yugang, Xiaobing Zuo, Sheng Peng et Ganesh Kamath. Laboratoire national d'Argonne/Université du Temple
Cadavid et Cabot suggèrent que la technique pourrait annoncer l'aube d'une nouvelle ère en chimie - la capacité de regarder le processus de modification des solides à l'échelle atomique en temps réel, ou ralenti pour des réactions rapides. Cela pourrait conduire, ils suggèrent plus loin, pour mieux maîtriser ces processus, y compris trouver de nouvelles façons d'empêcher les métaux de subir des dommages dus à la rouille.
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