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Argonne揭示了金属氧化过程中会形成中空纳米颗粒,可应用于电池和药物输送领域

2017-04-24 285浏览 标签:

2017年4月21日,美国阿贡国家实验室(Argonne)官网公布消息称,研发人员发现金属在氧化过程中会形成中空纳米颗粒。人们通常会忽视材料生锈,它渐渐破坏了我们每天依赖的结构和工具,包括汽车、桥梁和建筑物。但是研发人员表示,仔细控制材料生锈的金属氧化过程可以为最先进的电池或药物输送技术提供新方法。

 


图 氧化过程中铁纳米颗粒的3D结构

 

Argonne国家实验室以及天普大学(Temple University)的研发人员在超级计算机和同步加速器的帮助下,对金属纳米颗粒的氧化过程进行了实时观察。研发成果发表在“Science”上。此项研究为以后科研人员在原子尺度上开发新技术,以观察、操纵和控制此类反应奠定了基础。

在金属氧化过程中,有一种物质穿过固体/气体或固体/液体界面形成定向流动,有时会在原子晶格中形成空穴,此过程称为Kirkendall效应。在研究过程中,研发团队试图在纳米尺度(特别是10nm范围)的氧化过程中,研究微小铁颗粒的Kirkendall效应。铁纳米颗粒暴露在氧气环境中,形成具有独特性质的特殊结构,如中空纳米颗粒或纳米壳,已经应用在电池中的电极或医用药物载体领域。纳米壳中孔的形状、结构和分布取决于相应的氧化过程。

Argonne的研发人员首次使用两种X射线散射技术监测三维纳米颗粒氧化过程中的结构变化。通过这些实验技术,研发人员可以在相对较高的空间分辨率下看到空隙的形成,但仍不能达到单个原子的水平。计算机模拟进一步补充了实验观察结果,研发人员能够模拟铁纳米颗粒的氧化,意味着研发人员可以观察键的合成与断裂,并可以跟踪单个原子的运动。

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