La corrosión es un problema antiguo que se estima que cuesta alrededor de $ 1 billón al año, o alrededor del 5 por ciento del producto interno bruto de los EE. UU. La corrosión de los metales puede ser particularmente grave, pero afortunadamente normalmente están protegidos del daño catastrófico de forma naturalformando películas de óxido súper delgadas.
Tradicionalmente, estas películas protectoras se han visto como óxidos simples de compuestos bien esperados, pero un nuevo trabajo de científicos de la Universidad Northwestern, la Universidad de Virginia y la Universidad de Wisconsin-Madison revela nuevas y dramáticas ideas sobre estas películas de óxido.
Utilizando técnicas experimentales de vanguardia y modelos teóricos, los científicos pudieron analizar películas de óxido a nivel atómico, descifrando cómo están dispuestos los átomos en los óxidos.
¿Sus hallazgos? Las películas protectoras desarrollan nuevas estructuras y composiciones que dependen de qué tan rápido crezca la película de óxido. Los autores del estudio dicen que sus hallazgos podrían proporcionar pistas sobre cómo mejorar las películas protectoras, quizás mucho, mucho mejor.
Es un avance que podría tener implicaciones para todo, desde tuercas y tornillos hasta baterías de alta tecnología y motores de turbina.
"Esto cambia muchas cosas acerca de cómo entendemos estas películas de óxido y abre la puerta a formas drásticamente nuevas de proteger metales", dijo Laurence Marks, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern, quien dirigió el estudio ".Ahora sabemos que hay formas de predecir la composición química de estas películas, algo que podemos explotar para que las películas protectoras duren mucho más ".
El estudio fue publicado hoy 3 de octubre por la revista Cartas de revisión física .
"Ahora tenemos más rutas que nunca para controlar y sintonizar los óxidos para proteger los materiales", dijo John Scully, profesor y presidente del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Virginia, Charles Henderson y uno de los autores del estudio..
"Esto proporciona información clave sobre cómo diseñar nuevos materiales que se corroerán mucho menos", dijo Peter Voorhees de Northwestern, otro de los autores del estudio. Voorhees es el Profesor Frank C. Engelhart de Ciencia e Ingeniería de Materiales en Northwestern Engineering.
El equipo estudió, en detalle, los óxidos que se forman en las aleaciones compuestas de níquel y cromo, que se utilizan ampliamente en una variedad de productos, como los elementos calefactores de una tostadora doméstica o en motores de aviones.
Estos óxidos también se usan para aplicaciones cuando hay agua presente, como en los implantes dentales. Desde hace tiempo se sabe que estos óxidos funcionan cuando están calientes y resisten la corrosión en la boca debido a la formación de un óxido de cromo.asumió que el níquel formó un óxido separado, o en algunos casos se disolvió en el cuerpo. El equipo encontró algo inesperado: que el óxido no era solo cromo y oxígeno, sino que contenía una gran cantidad de átomos de níquel.
¿Por qué? Debido a que los átomos de níquel no tienen tiempo para escapar del óxido, quedando capturados dentro de él. La fracción que se captura depende de qué tan rápido crezca el óxido. Si crece muy lentamente, los átomos de níquel pueden escapar. Si secrece muy rápido, no pueden
Esto ocurre tanto cuando los metales reaccionan con el oxígeno del aire a altas temperaturas, como cuando reaccionan con agua en barcos o en implantes dentales. Los átomos que se capturan en el óxido cambian muchas de las propiedades, eldicen los autores del estudio.
Los resultados significan que es posible atrapar deliberadamente átomos en estos óxidos de nuevas maneras y, por lo tanto, cambiar su comportamiento.
"Estamos cerca de los límites de lo que podemos hacer con los motores de los aviones, como un ejemplo", dijo John Perepezko, profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales de IBM-Bascom en la Universidad de Wisconsin-Madison y otro de los autores del estudio"Esta nueva visión de la formación de óxidos protectores conduce a muchas formas nuevas en que uno podría construir mejores motores".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :