单原子高的＂台阶＂能阻止金属表面的氧化?

2015-01-20 09:27:47 作者：李玲珊来源：

　　不管是提到1979年Neil Young的专辑《锈永未眠》，还提到用于保护金属表面的产品，所用到的短语就会援引腐蚀是因为金属发生了氧化这一观点。氧化是一个更为笼统的化学名词，指生锈和其他金属与氧气发生的反应，是一个不可避免且持久的过程。然而，宾汉姆顿大学Binghamton Univ.的一项最新研究表明金属表面的某些特性可以在过程中使氧化过程停止。

　　在美国国家科学院院刊Proceedings of the National Academy of Sciences 中发表的研究成果，可能有助于对一系列材料氧化过程的理解，甚至同这些材料氧化过程的控制有关。这些材料可能是催化剂，可能是制造喷气式发动机涡轮的超合金，还可能是微电子科技中用到的氧化物。

　　宾汉姆顿大学Binghamton Univ.机械工程副教授Guangwen Zhou

　　宾汉姆顿大学Binghamton Univ.机械工程副教授Guangwen Zhou（英文名字写法）带领的团队和美国能源部Brookhaven国家实验室的功能性纳米材料中心的Peter Sutter合作，共同完成这些实验。

　　这个团队使用低能电子显微镜观察镍铝合金表面结构在条状金属氧化物形成和其在一定范围的高温条件下进一步变大的过程中发生的变化。

　　副教授Guangwen Zhou想要研究的金属--镍铝合金，具有所有晶体表面共有的一种特性，就是具有一种台阶式的结构，由一系列高度不同、平坦的梯田状结构组成。梯田状结构之间的台阶仅有单原子那么高，但是却对材料的性能有很大影响。Peter Sutter说对于理解金属表面在不同环境下的变化，这个例子是在氧气条件下，看到台阶并观察他们如何变化的能力是必不可少的。

　　副教授Guangwen Zhou说“习得这样的知识，对于控制金属表面同环境的反应是十分必要的。”

#p#副标题#e#

　　（注：原子台阶，是指晶体结构中原子堆垛类似与台阶状的缺陷，是个非常专业的概念。）

　　科学家在此之前就已经知道原子台阶边缘的原子特别活跃。Peter Sutter说“他们和那些构成平坦梯田状结构的原子不同，不是完全被包围的，所以更加自由，容易同环境发生相互作用，在材料表面化学中发挥作用。

　　美国能源部科学办公室支持的这项新研究表明，参与反应生成条状氧化铝的铝原子都源于台阶，而不是源于梯田状结构。然而，低能电子显微镜图像揭露了更多的内容：生长中的条状氧化物不能在台阶上爬上爬下似的运动，却被限定在平坦的梯田状结构中。为了继续成长，他们不得不在氧气继续同台阶边缘的铝原子结合的过程中推开台阶。这使台阶堆在一起，越靠越近，最终减缓条状氧化物的生长，然后完全阻止其生长。

　　副教授Guangwen Zhou说“这是我们首次说明了原子台阶能在最早阶段就减缓金属表面氧化过程。”

　　然而，一个条状氧化物停止生长，另外一个条状氧化物就开始形成。Peter Sutter说“条状氧化物沿着晶体上两个可能的方向生长，两个方向互成直角，以这些一块块一行行的模式结束，不禁让人想起Mondrian蒙德里安基于网格的绘画风格。很漂亮！”而且还是持续存在的。

　　尽管如此，这两种类型表面的细节和区别还是为科学家提供了新的方法，科学家可能依据研究目的尝试研究氧化过程的控制。

　　Peter Sutter说“氧化物并不是都是不好的。他们可以形成耐腐蚀的保护层，在化学中发挥重要作用，例如在催化过程中。二氧化硅是微电子电路的绝缘材料，在引导电流流动方面发挥核心作用。”

　　了解金属表面属于哪种类型及在氧化过程中的作用，或者了解如何为金属表面设计出需要的性能，可能使这些和其他材料的设计更加完善。

责任编辑：李玲珊

《中国腐蚀与防护网电子期刊》征订启事
投稿联系：编辑部
电话：010-82387968
邮箱：ecorr_org@163.com
中国腐蚀与防护网官方 QQ群：140808414