Een Indiase trapput op nanoschaal. Zo noemt postdoc Nakkiran Arulmozhi het patroon dat hij zag toen hij een speciaal soort platinakristal corrodeerde. De unieke beelden tonen de destructiviteit van het proces, maar laat ook zien hoe voorspelbaar het is.

Corrosie kan op verschillende manieren plaatsvinden. Anodische corrosie, bijvoorbeeld, staat bekend als roest op uw fiets. Het oppervlak oxideert en het gevormde metaaloxide kan oplossen als de omstandigheden gunstig zijn. "Aanvankelijk, we dachten dat dit ook zou gebeuren met de echte platina-elektroden, ", zegt Arulmozhi. Hitachi High-Tech Corporation, een Japans bedrijf, vroeg Arulmozhi's supervisor Marc Koper, Hoogleraar Katalyse en Oppervlaktechemie, om de slijtage van de elektroden te onderzoeken in de hoop dat ze hun levensduur zouden kunnen verbeteren.

Onverwachte wending

De onderzoekers ontdekten al snel dat er iets anders aan de hand was en publiceerden hun bevindingen in het tijdschrift PNAS . "Het lijkt zeer waarschijnlijk dat dit niet anodisch is, maar kathodische corrosie, ", zegt Koper. In dit proces, een metaal wordt gereduceerd, het creëren van een metaalhydride. "Je zou denken dat dit helemaal niet kan, omdat een metaal al volledig is gereduceerd. Maar onder kathodische omstandigheden, met andere woorden bij een negatieve spanning, platina corrodeert."

De verbindingen die ontstaan ​​door kathodische corrosie zijn extreem onstabiel, dus je kunt ze niet direct meten. "We moeten aannemen dat ze binnen zeer korte tijd worden gevormd en reageren met een watermolecuul, waardoor ze weer oxideren tot platina, " zegt Koper. "Wat we kunnen zien, echter, is dat de structuur van het materiaal verandert."

niet willekeurig

Arulmozhi bracht het proces in beeld door speciaal ontworpen platinakristallen gecontroleerd te corroderen. Een metalen oppervlak bestaat normaal gesproken uit een wirwar van zogenaamde facetten. In elk facet, de atomen zijn op een specifieke manier gerangschikt. Arulmozhi maakte de kristallen zo dat hij precies wist waar elk facet zich bevindt en hoe de atomaire structuur is opgebouwd.

"Ik zag dat het slijtageproces van het platina per facet verschilt, " zegt Arulmozhi. Op de afbeeldingen, je kunt zien hoe het groengekleurde facet, Punt(110), corrodeert nauwelijks, terwijl het blauwgekleurde oppervlak, Punt(100), ondergaat een proces dat de onderzoekers fractal etsen noemen. "De slijtage begint in de vorm van een vierkant. Langzaam verandert dit in een omgekeerde piramide, waarin uiteindelijk een mooie fractal met verschillende vertakkingen ontstaat. Ze doen me denken aan een Indiase trapput, maar op nanoschaal."

"We hadden nooit verwacht dat dit proces zo ordelijk zou verlopen, ", zegt Koper. "Het maakt kathodische corrosie voorspelbaar en hopelijk kunnen we daar slim gebruik van maken, bijvoorbeeld door platina-elektroden te ontwerpen met alleen atomaire structuren die niet of nauwelijks corroderen."

In andere gevallen, kathodische corrosie is een wenselijke factor. "Je kunt er nanodeeltjes mee maken, ", zegt Arulmozhi. "Deze ontstaan ​​wanneer een metaaldeeltje door corrosie losbreekt van het oppervlak en zich bindt aan een ander metaaldeeltje in de oplossing. In dat geval wilt u een materiaal van facetten dat gemakkelijk verslijt, zoals Pt(100)."