Полученные результаты являются предметом статьи 24 июля в журнале Small, соавторами которой являются доцент Мэтью М. Мэй и научный сотрудник Вэньцзе Ву G’11, G’13.До сих пор ученые использовали множество методов влажной химии — известных под общим названием коллоидный синтез — для управления реакциями, в которых ионы металлов образуют сплавы на наномасштабе.
Здесь металлические наночастицы обычно имеют размер от 2 до 50 нанометров и обладают уникальными свойствами, включая различные цвета, высокую реакционную способность и новый химический состав.Мэй и Ву являются частью растущей команды международных химиков и ученых-материаловедов, разрабатывающих новые способы изменения размера, формы и состава наночастиц.«В SU мы разработали новый метод синтеза, позволяющий адаптировать внутреннюю микроструктуру наноматериалов», — говорит Мэй, чьи исследования охватывают неорганическую химию, катализ, материаловедение, самосборку и биотехнологии.
Подход Мэй начинается с предварительно синтезированного ядра наночастиц железа. После синтеза ядра в его кристаллической металлической форме, он и Ву химически наносят тонкие оболочки из хрома на железо.
Когда наночастицы «ядро / оболочка» подвергаются воздействию высоких температур, они отжигаются. Более того, железо и хром диффундируют друг в друга, образуя оболочку из сплава железа и хрома. Таким образом, продукт «сердцевина / сплав» имеет поверхность раздела, аналогичную некоторым формам нержавеющей стали.Поскольку нержавеющая сталь известна своей устойчивостью к окислению, большой проблемой для Мэй и Ву было выяснить, как наночастицы справляются с этим процессом.
«Мы обнаружили, что наночастицы проявляют уникальное поведение при окислении», — говорит он. «Образуется тонкая оболочка из оксида железа и хрома, оставляющая после себя неокисленное железное ядро. Еще более интересным является тот факт, что образуется пустота, отделяющая ядро ??от оболочки.
Это явление известно в материаловедении как диффузия Киркендалла или коалесценция вакансий. . "Он добавляет, что такая работа была бы невозможна без электронной микроскопии высокого разрешения, дифракции рентгеновских лучей и магнитных измерений.Хотя изготовление «сердечника / сплава» — это новый подход, он может позволить создавать более разнообразные формы наноматериалов из сплавов.«Большинство сплавов, которые мы считаем само собой разумеющимся в макромасштабе, например сталь, трудно изготовить в наномасштабе из-за легкости окисления и других особых условий, которые требуются», — говорит Мэй. «Наш подход может открыть новые двери».
Получившая множество наград и наград, в том числе Президентскую премию за раннюю карьеру для ученых и инженеров, Мэй присоединилась к преподавательскому составу SU в 2008 году.Ву, специализирующийся в области синтеза наноматериалов, был ведущим аспирантом проекта. В августе она получает степень доктора философии. по неорганической химии от SU.Работа Мэй поддерживается Фондом нефтяных исследований Американского химического общества.
Он использовал Корнельский центр исследования материалов, который является частью научно-исследовательских и инженерных центров Национального научного фонда, а также аналитическую и диагностическую лабораторию Бингемтонского университета и лабораторию экологических наук и микроскопии лесного хозяйства SUNY.