Istraživači su otkrili da se čvrsti zaštitni oksidni sloj koji se koristi za metale može, kada se nanese u dovoljno tankim slojevima, deformisati kao da je tečnost, ispunjavajući pukotine i praznine.
Tanki sloj premaza posebno bi bio koristan kod sprečavanja curenja sitnih molekula koji mogu prodreti kroz većinu materijala, kao što je vodonik gas koji se može koristiti za pogon hibridnih automobila ili radioaktivni tricijum (prirodni izotop vodonika) koji se formira unutar jezgra nuklearnih elektrana.
Većina metala, sa značajnim izuzetkom zlata, imaju tendenciju oksidacije kada su izloženi vazduhu i vodi. Ova reakcija, koja stvara rđu na gvoždu, potamnjuje srebro i stvara patinu na bakru ili mesingu, može vremenom da oslabi metal i dovede do stvaranja pukotina na njenu ili strukturalnih kvarova. Međutim, postoje tri poznata elementa koja proizvode oksid koji može zapravo da služi kao zaštitna barijera za sprečavanje dalje oksidacije: aluminijum oksid, hrom oksid i silicijum dioksid.
Ju Li, profesor nuklearnog inžinjerstva na MIT-u i stariji autor ovog rada kaže: „Pokušali smo da shvatimo zašto su oksidi aluminijuma i silicijum dioksid posebni oksidi koji pružaju odličnu otpornost na koroziju." Rad je objavljen u časopisu „Nano Letters“.
Tim je pod vođstvom diplomiranog studenta sa MIT-a Yang Yanga koristio visoko specijalizovane instrumente za detaljno praćenje površina metala prevučenih ovim „specijalnim" oksidima kako bi videli šta se dešava kada su izloženi okruženju sa kiseonikom i naporima. Dok većina transmisionih elektronskih mikroskopa (TEM) zahteva da se uzorci proučavaju u visokom vakuumu, tim je koristio modifikovanu verziju koja se zove TEM (E-TEM) koja omogućava da se uzorak proučava u prisustvu željenih gasova ili tečnosti. Uređaj je korišćen za proučavanje procesa koji može dovesti do pukotina koje nastaju usled korozije.
Oglas
Metali pod pritiskom unutar reaktorske posude i usled izložensti pregrejavanjem mogu brzo da korodiraju ako nisu zaštićeni. Čak i sa čvrstim zaštitnim slojem, mogu nastati pukotine koji omogućavaju prodor kiseonika do „gole“ metalne površine, odakle dalje može prodreti u unutrašnjost između metalnih zrna koje čine materijal od metala, uzrokujući dalju koroziju koja može prodreti dublje u strukturu materijla i uništiti konstrukciju. „Želimo oksid koji je tečan i otporan na pucanje", kaže Yang.
Ispostavilo se da stari zaštitni materijal, aluminijum oksid, može imati samo to tečno svojstvo, čak i na sobnoj temperaturi, ako je napravljen u tankom sloju, debljine oko 2 do 3 nanometra.
„Ljudi misle da bi oksid metala bio krt" i podložan pucanju, kaže Yang, objašnjavajući da niko nije pokazao drugačije jer je teško posmatrati ponašanje materijala u realnim uslovima. Tako je E-TEM uređaj ušao u igru. „Niko nikada nije zapazio kako se deformiše na sobnoj temperaturi", kaže Yang.
„Prvi put smo ovo primetili u skoro atomskoj rezoluciji", kaže Li. Ovaj pristup je pokazao da kada se postigne da sloj aluminijum oksida, koji je uobičajeno krt i lomljiv pod naporom, bude izuzetno tanak, postaje deformabilan skoro kao tanak sloj aluminijuma i biva mnogo tanji od aluminijumske folije. Kada je površina aluminijuma obložena slojem od aluminijum oksida, ona zapravo pravi zaštitni sloj, prenosi Li.
Istraživači su demonstrirali unutar E-TEM-a da aluminijum sa oksidnim premazom može biti rastegnut više nego duplo u odnosu na svoju dužinu bez stvaranja bilo kakvih pukotina, kaže Li. Oksid „formira jednoobrazan konformni sloj koji štiti površinu, bez granica između zrna ili pukotina", čak i pod naporom tog istezanja, kaže on. Tehnički je materijal neka vrsta stakla, ali se kreće kao tečnost i potpuno pokriva površinu sve dok je dovoljno tanka.
"Ljudi ne mogu da zamisle da metalni oksid daje sposobnost metalu da se deformiše npr. da se istegne u tanku žicu. kaže Yang, Na primer, safir je oblik istog materijala, aluminijum oksida, ali njegova kristalna forma čini ga jakim, ali krhkim materijalom.
Samoisceljujući premaz može imati mnogo potencijalnih primena, napominje Li, naglašavajući prednost njegove glatke, kontinualne površine bez pukotina ili granica između zrna koji mogu prodreti u materijal.
