{首页主词},&

單原子高的＂臺階＂能阻止金屬表面的氧化?

2015-01-20 09:27:47 作者：李玲珊來源：

　　不管是提到1979年Neil Young的專輯《銹永未眠》，還提到用于保護金屬表面的產品，所用到的短語就會援引腐蝕是因為金屬發生了氧化這一觀點。氧化是一個更為籠統的化學名詞，指生銹和其他金屬與氧氣發生的反應，是一個不可避免且持久的過程。然而，賓漢姆頓大學Binghamton Univ.的一項最新研究表明金屬表面的某些特性可以在過程中使氧化過程停止。

　　在美國國家科學院院刊Proceedings of the National Academy of Sciences 中發表的研究成果，可能有助于對一系列材料氧化過程的理解，甚至同這些材料氧化過程的控制有關。這些材料可能是催化劑，可能是制造噴氣式發動機渦輪的超合金，還可能是微電子科技中用到的氧化物。

　　賓漢姆頓大學Binghamton Univ.機械工程副教授Guangwen Zhou

　　賓漢姆頓大學Binghamton Univ.機械工程副教授Guangwen Zhou（英文名字寫法）帶領的團隊和美國能源部Brookhaven國家實驗室的功能性納米材料中心的Peter Sutter合作，共同完成這些實驗。

　　這個團隊使用低能電子顯微鏡觀察鎳鋁合金表面結構在條狀金屬氧化物形成和其在一定范圍的高溫條件下進一步變大的過程中發生的變化。

　　副教授Guangwen Zhou想要研究的金屬--鎳鋁合金，具有所有晶體表面共有的一種特性，就是具有一種臺階式的結構，由一系列高度不同、平坦的梯田狀結構組成。梯田狀結構之間的臺階僅有單原子那么高，但是卻對材料的性能有很大影響。Peter Sutter說對于理解金屬表面在不同環境下的變化，這個例子是在氧氣條件下，看到臺階并觀察他們如何變化的能力是必不可少的。

　　副教授Guangwen Zhou說“習得這樣的知識，對于控制金屬表面同環境的反應是十分必要的。”

#p#副標題#e#

　　（注：原子臺階，是指晶體結構中原子堆垛類似與臺階狀的缺陷，是個非常專業的概念。）

　　科學家在此之前就已經知道原子臺階邊緣的原子特別活躍。Peter Sutter說“他們和那些構成平坦梯田狀結構的原子不同，不是完全被包圍的，所以更加自由，容易同環境發生相互作用，在材料表面化學中發揮作用。

　　美國能源部科學辦公室支持的這項新研究表明，參與反應生成條狀氧化鋁的鋁原子都源于臺階，而不是源于梯田狀結構。然而，低能電子顯微鏡圖像揭露了更多的內容：生長中的條狀氧化物不能在臺階上爬上爬下似的運動，卻被限定在平坦的梯田狀結構中。為了繼續成長，他們不得不在氧氣繼續同臺階邊緣的鋁原子結合的過程中推開臺階。這使臺階堆在一起，越靠越近，最終減緩條狀氧化物的生長，然后完全阻止其生長。

　　副教授Guangwen Zhou說“這是我們首次說明了原子臺階能在最早階段就減緩金屬表面氧化過程。”

　　然而，一個條狀氧化物停止生長，另外一個條狀氧化物就開始形成。Peter Sutter說“條狀氧化物沿著晶體上兩個可能的方向生長，兩個方向互成直角，以這些一塊塊一行行的模式結束，不禁讓人想起Mondrian蒙德里安基于網格的繪畫風格。很漂亮！”而且還是持續存在的。

　　盡管如此，這兩種類型表面的細節和區別還是為科學家提供了新的方法，科學家可能依據研究目的嘗試研究氧化過程的控制。

　　Peter Sutter說“氧化物并不是都是不好的。他們可以形成耐腐蝕的保護層，在化學中發揮重要作用，例如在催化過程中。二氧化硅是微電子電路的絕緣材料，在引導電流流動方面發揮核心作用。”

　　了解金屬表面屬于哪種類型及在氧化過程中的作用，或者了解如何為金屬表面設計出需要的性能，可能使這些和其他材料的設計更加完善。

責任編輯：李玲珊

《中國腐蝕與防護網電子期刊》征訂啟事
投稿聯系：編輯部
電話：010-82387968
郵箱：ecorr_org@163.com
中國腐蝕與防護網官方 QQ群：140808414