"Nous voulons mesurer et découvrir des réactions chimiques dans des environnements réels, " dit Perrine, ajoutant que son équipe se concentre spécifiquement sur la chimie de surface, les couches minces et les films où l'eau, le métal et l'air interagissent tous. "Nous devons utiliser un niveau élevé de sensibilité [de surface] dans nos outils d'analyse pour obtenir les bonnes informations afin que nous puissions vraiment dire quel est le mécanisme de surface et comment [le fer] se transforme."

L'étude de la science des surfaces des matériaux est intrinsèquement interdisciplinaire; de la science des matériaux à la géochimie, du génie civil à la chimie, Perrine voit son travail comme un pont qui aide d'autres disciplines à mieux éclairer leurs processus, des modèles, interventions et innovations. Pour ce faire, il faut une grande précision et sensibilité dans les recherches de son groupe.

Bien qu'il existe d'autres méthodes de surveillance de la corrosion de surface et de la croissance du film, Le laboratoire de Perrine utilise une approche de chimie de surface qui pourrait être adaptée pour analyser d'autres processus de réduction et d'oxydation dans des environnements complexes. Dans une série d'articles, ils ont vérifié leur processus en trois étapes - en évaluant les changements dans la composition de l'électrolyte et en utilisant l'oxygène et le dioxyde de carbone de l'air comme réactif, d'observer en temps réel la formation des différents minéraux observés à l'interface air-liquide-solide.

Des mesures précises sont la lentille moléculaire pour voir la chimie

Les techniques d'analyse utilisées par l'équipe sont des techniques sensibles aux surfaces :spectroscopie de réflexion-absorption à infrarouge modulé polarisé (PM-IRRAS), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (ATR-FTIR) atténuée, Spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) et microscopie à force atomique (AFM).

« La spectroscopie nous indique la chimie ; la microscopie nous indique les changements physiques, " a déclaré Perrine. " C'est vraiment difficile de [imager] ces expériences de corrosion [en temps réel avec l'AFM] parce que la surface change constamment, et la solution change pendant la corrosion."

Ce que les images révèlent, c'est une séquence de piqûres, mâcher et dégrader la surface, connu sous le nom de corrosion, qui produit des sites de nucléation pour la croissance des minéraux. L'élément clé est de regarder les étapes initiales en fonction du temps.

« Nous pouvons observer la corrosion et la croissance du film en fonction du temps. Le chlorure de calcium [solution] a tendance à corroder la surface plus rapidement, parce que nous avons plus d'ions chlorure, mais a également un taux de formation de carbonate plus rapide, " dit Perrine, ajoutant que dans une vidéo que son laboratoire a enregistrée, il est possible de voir comment la solution de chlorure de sodium corrode progressivement la surface du fer et continue à former de la rouille à mesure que la solution sèche.

Elle ajoute que puisque le fer est omniprésent dans les systèmes environnementaux, ralentir et observer de près la formation minérale revient à ajuster les variables de sa transformation en différentes solutions et exposition à l'air.

L'approche de catalyse de surface de l'équipe aide les chercheurs à mieux comprendre les sciences fondamentales de l'environnement et d'autres types de processus de surface. L'espoir est que leur méthode puisse aider à découvrir les mécanismes contribuant à la pollution de l'eau, trouver des moyens d'atténuer le dioxyde de carbone, prévenir les effondrements de ponts et inspirer des conceptions plus intelligentes et des carburants plus propres, ainsi que de fournir un aperçu plus approfondi des processus géochimiques de la Terre.