Исследование молекулярных загадок деградации металлов: новаторский взгляд на коррозию

к Хироши Танака
5 Комментарии
metal corrosion research

Совершив значительный научный прорыв, исследователи применили трансмиссионную электронную микроскопию окружающей среды (ПЭМ), чтобы углубиться в молекулярные тонкости взаимодействия металла с водяным паром. Это взаимодействие приводит либо к коррозии, либо к пассивации, что имеет далеко идущие последствия для усиления контроля над коррозией и развития технологий чистой энергетики, предлагая существенные экономические и экологические преимущества. Источник: SciTechPost.com

Это инновационное исследование проливает свет на то, как водяной пар на молекулярном уровне влияет на металлы, что является решающим фактором в борьбе с коррозией и содействии развитию чистой энергетики.

Коррозия возникает, когда металл вступает в контакт с водяным паром, вызывая механические проблемы, влияющие на эффективность оборудования. Альтернативно, это взаимодействие может привести к пассивации, когда образуется тонкий инертный слой, обеспечивающий защиту от дальнейшего повреждения.

Хотя точные химические процессы на атомном уровне раньше были неясны, теперь они становятся более понятными благодаря ТЭМ окружающей среды. Этот метод позволяет ученым наблюдать молекулярные взаимодействия в мельчайших масштабах.

Инновационные исследования реакций на атомном уровне

С момента своего назначения в Колледж инженерии и прикладных наук имени Томаса Дж. Уотсона Бингемтонского университета в 2007 году профессор Гуанвэнь Чжоу, член факультета машиностроения, занимается исследованием механизмов реакций на атомном уровне. Сотрудничая с командами из Питтсбургского университета и Брукхейвенской национальной лаборатории, Чжоу исследовал структурные и функциональные свойства металлов и производство экологически чистой стали.

Их последнее исследование под названием «Атомистические механизмы пассивации поверхности, вызванной водяным паром», опубликованное в журнале Science Advances, включает в себя вклад аспирантов Бингемтона Сяобо Чена, Дунсяна Ву, Чаорана Ли, Шуонана Йе и Шьяма Бхараткумара Пателя, MS '21; На Цай, доктор философии '12; Чжао Лю, доктор философии '20; Вейтао Шань, MS '16, и Гофэн Ван из Питтсбургского университета; вместе с Суён Хван, Дмитрием Н. Захаровым и Хорхе Анибалом Боскобойником из Брукхейвенской национальной лаборатории.

Исследование показало изображение окисленной поверхности алюминия, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии, и показало, что пассивирующая оксидная пленка, образующаяся в водяном паре, состоит из внутреннего слоя аморфного оксида алюминия и внешнего слоя кристаллического гидроксида алюминия. Источник: Предоставлено

В своем исследовании Чжоу и его команда вводили водяной пар в чистые образцы алюминия и отслеживали поверхностные реакции.

«Это знакомое явление в нашей повседневной жизни», — заметил Чжоу. «Однако особенности того, как молекулы воды взаимодействуют с алюминием для создания этого пассивационного слоя, недостаточно документированы в научной литературе, особенно на атомном уровне. Понимание этого имеет решающее значение, если мы стремимся использовать его эффективно, поскольку это позволит нам контролировать процесс».

Они обнаружили ранее невиданный феномен: помимо образования поверхностного слоя гидроксида алюминия, под ним образовался дополнительный аморфный слой, что указывает на механизм, который позволяет кислороду диффундировать в основной материал.

«Большинство исследований коррозии сосредоточено на развитии пассивационного слоя и его роли в замедлении коррозии», — отметил Чжоу. «Изучая эти процессы на атомном уровне, мы считаем, что сможем заполнить пробелы в нашем понимании».

Гуанвэнь Чжоу является профессором факультета машиностроения Колледжа инженерии и прикладных наук Уотсона. Источник: Джонатан Коэн

Экономические и экологические последствия исследований коррозии

Во всем мире затраты на коррозионный ремонт оцениваются в $2,5 триллиона в год, что составляет более 3% мирового ВВП. Следовательно, более эффективные методы управления окислением могут обеспечить значительные экономические выгоды.

Более того, понимание распада молекул воды на атомы водорода и кислорода и их взаимодействия с металлами может проложить путь к инновациям в области чистой энергетики. Этот потенциал побудил Министерство энергетики США финансировать это исследование и связанные с ним проекты Чжоу в прошлом.

«Разделение воды на кислород и водород, а затем их повторное объединение приводит к образованию чистой воды», — объяснил Чжоу. «Этот процесс позволяет избежать загрязнения ископаемого топлива и не выделяет углекислый газ».

Министерство энергетики постоянно возобновляло финансирование исследований Чжоу в течение последних 15 лет, признавая их важность для энергетических устройств и систем, которые часто используют металлические сплавы в качестве конструкционных материалов.

«Я глубоко благодарен за постоянную поддержку этого исследования», — сказал Чжоу. «Он решает важнейшую проблему в области энергетики».

Ссылка: «Атомистические механизмы пассивации поверхности, вызванной водяным паром», Сяобо Чен, Вейтао Шан, Дунсян Ву, Шьям Бхараткумар Патель, На Цай, Чаоран Ли, Шуонань Йе, Чжао Лю, Суён Хван, Дмитрий Н. Захаров, Хорхе Анибал Боскобойник , Гофэн Ван и Гуанвэнь Чжоу, 1 ноября 2023 г., Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.adh5565.

Часто задаваемые вопросы (FAQ) об исследованиях коррозии металлов

На что направлены недавние научные исследования металлов и водяного пара?

Исследование в первую очередь исследует, как водяной пар взаимодействует с металлами на молекулярном уровне, уделяя особое внимание процессам коррозии и пассивации. Это исследование имеет решающее значение для улучшения управления коррозией и продвижения экологически чистых энергетических решений.

Как водяной пар влияет на металлы и каковы результаты исследования?

Когда водяной пар вступает в контакт с металлами, он может вызвать коррозию, приводящую к механическим проблемам. Альтернативно это может привести к пассивации, образующей защитный слой от дальнейшего повреждения. В исследовании использовалась ПЭМ окружающей среды, чтобы наблюдать эти взаимодействия на атомном уровне, раскрывая новые подробности формирования этих слоев.

Кто проводил это исследование и какая методология использовалась?

Исследование провели профессор Гуанвэнь Чжоу и его команда из Бингемтонского университета в сотрудничестве с Питтсбургским университетом и Брукхейвенской национальной лабораторией. Они использовали трансмиссионную электронную микроскопию окружающей среды (ПЭМ) для непосредственного наблюдения молекулярных взаимодействий с металлами.

Каковы потенциальные экономические и экологические последствия этого исследования?

Лучшее понимание и управление коррозией металлов могло бы сэкономить затраты во всем мире, учитывая, что ремонт от коррозии оценивается в $2,5 триллиона в год. Кроме того, результаты этого исследования могут способствовать разработке решений в области экологически чистой энергетики, снижению зависимости от ископаемого топлива и сокращению выбросов CO2.

Каковы более широкие последствия этого исследования для развития чистой энергетики?

Результаты исследования о том, как молекулы воды распадаются на части и взаимодействуют с металлами, могут проложить путь к инновациям в области чистой энергетики. Понимание этих взаимодействий на атомном уровне имеет решающее значение для разработки более эффективных и экологически чистых энергетических систем и материалов.

Подробнее об исследованиях коррозии металлов

Вам также может понравиться

5 Комментарии

Майк Джонсон 1ТП2Т - 1ТП3Т

Действительно увлекательная вещь! но я думаю, что в этой истории есть нечто большее, чем просто научный аспект. А как насчет реальных приложений?

Отвечать
Грег Б. 1ТП2Т - 1ТП3Т

В целом статья отличная, но некоторые ссылки или ссылки были бы полезны для более глубокого изучения темы.

Отвечать
Линда Смит 1ТП2Т - 1ТП3Т

Интересное чтение, но были некоторые моменты, которые было трудно уловить, может быть, в следующий раз упростим технический жаргон?

Отвечать
Сара К. 1ТП2Т - 1ТП3Т

вау, я никогда не думал, что коррозия металла может быть настолько интересной, эта статья открывает совершенно новую перспективу, особенно с точки зрения чистой энергии.

Отвечать
Дэвид Т. 1ТП2Т - 1ТП3Т

Надо сказать, экономические последствия огромны, 2,5 триллиона! это большие деньги, можно было бы поподробнее по этому поводу.

Отвечать

Оставить комментарий

* Используя эту форму, вы соглашаетесь с хранением и обработкой ваших данных на этом сайте.

1ТП1Т — веб-ресурс, посвященный предоставлению актуальной информации о быстро меняющемся мире науки и технологий. Наша миссия — сделать науку и технологии доступными для всех через нашу платформу, объединяя экспертов, новаторов и ученых, чтобы поделиться своими знаниями и опытом.

Подписаться

Подпишитесь на мою рассылку, чтобы получать новые сообщения в блоге, советы и новые фотографии. Давайте оставаться в курсе!

© 2023 1ТП1Т

ru_RUРусский