Une équipe internationale de chercheurs a utilisé des techniques pionnières de microscopie électronique pour découvrir un mécanisme important à l'origine de la réaction des nanoparticules métalliques avec l'environnement.
Surtout, la recherche menée par l'Université de York et rapportée dans Matériaux naturels , montre que l'oxydation des métaux - le processus qui décrit, par exemple, comment le fer réagit avec l'oxygène, en présence d'eau, former de la rouille - se déroule beaucoup plus rapidement dans les nanoparticules qu'à l'échelle macroscopique. Cela est dû à la grande quantité de contrainte introduite dans les nanoparticules en raison de leur taille qui est plus de mille fois plus petite que la largeur d'un cheveu humain.
Améliorer la compréhension des nanoparticules métalliques - en particulier celles de fer et d'argent - est d'une importance capitale pour les scientifiques en raison de leurs nombreuses applications potentielles. Par exemple, les nanoparticules de fer et d'oxyde de fer sont considérées comme importantes dans des domaines allant des technologies des combustibles propres, stockage et catalyse de données haute densité, au traitement de l'eau, Assainissement des sols, l'administration ciblée de médicaments et le traitement du cancer.
L'équipe de recherche, qui comprenait également des scientifiques de l'Université de Leicester, l'Institut national des sciences des matériaux, le Japon et l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, ETATS-UNIS, utilisé la résolution sans précédent pouvant être atteinte avec la microscopie électronique à transmission à balayage corrigée pour les aberrations pour étudier l'oxydation des nanoparticules de fer cuboïdes et effectué une analyse de contrainte au niveau atomique.
Chercheur principal Dr Roland Kröger, du Département de physique de l'Université de York, a déclaré : « En utilisant une approche développée à York et Leicester pour produire et analyser des nanoparticules très bien définies, nous avons pu étudier la réaction des nanoparticules métalliques avec l'environnement au niveau atomique et obtenir des informations sur la déformation associée à la couche d'oxyde sur un noyau de fer.
"Nous avons constaté que le film d'oxyde se développe beaucoup plus rapidement sur une nanoparticule que sur un monocristal de fer en vrac - en fait de nombreux ordres de grandeur plus rapidement. L'analyse a montré qu'il y avait une quantité étonnante de déformation et de flexion dans les nanoparticules qui conduiraient à des défauts en vrac Matériel."
Les scientifiques ont utilisé une méthode connue sous le nom d'imagerie à contraste Z pour examiner la couche d'oxyde qui se forme autour d'une nanoparticule après exposition à l'atmosphère. et a constaté qu'en deux ans, les particules étaient complètement oxydées.
Auteur correspondant Dr Andrew Pratt, du Département de physique de York et de l'Institut national japonais des sciences des matériaux, a déclaré :« L'oxydation peut considérablement modifier les propriétés d'un nanomatériau - pour le meilleur ou pour le pire - et la compréhension de ce processus à l'échelle nanométrique est donc d'une importance cruciale. Ce travail aidera donc ceux qui cherchent à utiliser des nanoparticules métalliques dans des applications environnementales et technologiques car il fournit un aperçu des changements qui peuvent se produire au cours de leur durée de vie fonctionnelle souhaitée. »
Le travail expérimental a été réalisé au York JEOL Nanocentre et au Département de physique de l'Université de York, le Département de physique et d'astronomie de l'Université de Leicester et le Frederick-Seitz Institute for Materials Research de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign.
Les scientifiques ont obtenu des images sur une période de deux ans. Passé ce délai, les nanoparticules de fer, qui étaient à l'origine en forme de cube, étaient devenus presque sphériques et étaient complètement oxydés.
Professeur Chris Binns, de l'Université de Leicester, a déclaré :« Depuis de nombreuses années, à Leicester, nous développons des techniques de synthèse pour produire des nanoparticules très bien définies et c'est formidable de combiner cette technologie avec les excellentes installations et l'expertise de York pour faire une science aussi pénétrante. Ce travail n'est que le début et nous entendons capitaliser sur nos capacités complémentaires pour initier un programme collaboratif plus large."
