Escalones atómicos capaces de parar la oxidación

La oxidación es un proceso muy común por el cual un material puede estropearse por el ataque electroquímico producido por su entorno. Son muchos los materiales en los que puede suceder (metales, polímeros, cerámicas…) y los factores (medios acuosos, atmósfera…) que lo producen.

En el caso de los metales, cuando estos entran en contacto con el oxígeno se crea una capa superficial de óxido metálico que generalmente provoca una modificación en sus propiedades. Es por tanto uno de los quebraderos de cabeza de la ciencia de materiales.

En el año 2014, un grupo de investigadores de Binghamton (Reino Unido), encontraron que el proceso de oxidación puede detenerse en algunos materiales (como catalizadores o aleaciones que se emplean en turbinas y en dispositivos de microelectrónica) cuando la superficie del material presenta ciertas características estructurales.

Para llegar a esta conclusión, se estudió por medio de un LEEM la oxidación en una superficie de una aleación de Ni-Al con una serie de escalones atómicos en la superficie con una altura del orden de un átomo, que se pueden entender como defectos de un material.

Escalones2 El LEEM es una técnica de caracterización muy útil en el estudio in situ de materiales. Este instrumento envía una serie de electrones de baja energía hacia la muestra que son difractados y acelerados hasta llegar a una pantalla fluorescente que los recoge. Por medio de esta técnica de caracterización se pueden observar terrazas (pequeñas plataformas), islas y saltos atómicos en la superficie del material, como se observa en la figura 2, donde las líneas cerradas corresponden a islas y el resto de líneas, como las que están señaladas con la flecha roja, son terrazas de espesor atómico. Son muchos los experimentos que utilizan LEEM para hacer vídeos de cómo crecer superficies, aparición de defectos, etc…

Las aleaciones de Ni-Al se emplean en la fabricación de turbinas, por lo que el estudio de la degradación de sus propiedades debido a la oxidación es muy interesante. Los investigadores sabían que los escalones jugaban un papel importante en la química superficial del material pero no sabían hasta qué punto. Cuando hicieron el estudio se comprobó que el óxido se iba aglomerando en las terrazas sin poder “bajar” o “subir” por los escalones. De este modo, el óxido acababa empujando los escalones, uniéndolos unos con otros provocando el freno del proceso de oxidación y su total detección en algunos casos.

Este hecho es de vital importancia ya que en materiales utilizados para otro tipo de aplicaciones se podría formar una superficie escalonada donde los escalones atómicos frenasen la oxidación evitando así materiales defectuosos.

La oxidación ya no será un problema gracias a la Nanotecnología.

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