Kada se vodena para sretne sa metalom, rezultujuća korozija može dovesti do mehaničkih problema koji oštećuju performanse mašine. Kroz proces koji se naziva pasivizacija, takođe može da formira tanak inertni sloj koji deluje kao barijera protiv daljeg propadanja.
U svakom slučaju, tačna hemijska reakcija nije dobro shvaćena na atomskom nivou, ali to se menja zahvaljujući tehnici koja se zove transmisiona elektronska mikroskopija životne sredine (TEM), koja omogućava istraživačima da direktno vide molekule u interakciji na najmanjoj mogućoj skali.
Profesor Guangven Zhou—član fakulteta na Fakultetu inženjerskih i primenjenih nauka Thomas J. Vatson Univerziteta Binghamton—istražuje tajne atomskih reakcija otkako se pridružio odeljenju za mašinstvo 2007. godine. Zajedno sa saradnicima sa Univerziteta u Pitsburgu i Brukhejvenu Nacionalne laboratorije, proučavao je strukturna i funkcionalna svojstva metala i proces izrade „zelenog“ čelika.
Njihovo najnovije istraživanje, „Atomski mehanizmi površinske pasivacije izazvane vodenom parom“, objavljeno je u novembru u časopisu Napredak nauke.
U radu su Zhou i njegov tim uveli vodenu paru za čišćenje uzoraka aluminijuma i posmatrali površinske reakcije.
„Ovaj fenomen je dobro poznat jer se dešava u našem svakodnevnom životu“, rekao je on. „Ali kako molekuli vode reaguju sa aluminijumom da bi formirali ovaj pasivacioni sloj? Ako pogledate [istraživačku] literaturu, nema mnogo posla o tome kako se to dešava na atomskoj skali. Ako želimo da ga koristimo za dobro, moramo znati jer ćemo tada imati neki način da to kontrolišemo“.
Otkrili su nešto što nikada ranije nije primećeno: Pored sloja aluminijum hidroksida koji se formirao na površini, drugi amorfni sloj se razvio ispod njega, što ukazuje da postoji transportni mehanizam koji difunduje kiseonik u supstrat.
„Većina studija korozije se fokusira na rast pasivirajućeg sloja i kako on usporava proces korozije“, rekao je Džou. „Da to pogledamo sa atomske skale, osećamo da možemo premostiti jaz u znanju.
Troškovi popravljanja korozije širom sveta procenjuju se na 2,5 biliona dolara godišnje, što je više od 3% globalnog BDP-a — tako da bi razvoj boljih načina upravljanja oksidacijom bio ekonomska blagodat.
Pored toga, razumevanje kako se atomi vodonika i kiseonika u molekulu vode raspadaju da bi stupili u interakciju sa metalima moglo bi dovesti do rešenja čiste energije, zbog čega je Ministarstvo energetike SAD finansiralo ovo istraživanje i slične projekte Džoua u prošlosti.
„Ako razbijete vodu na kiseonik i vodonik kada je rekombinujete, to je opet samo voda“, rekao je on. „Nema kontaminacije fosilnim gorivima i ne proizvodi ugljen-dioksid.“
Zbog implikacija čiste energije, DOE je redovno obnavljao Zhou-ov grant finansiranje tokom proteklih 15 godina.
„Veoma cenim dugoročnu podršku ovom istraživanju“, rekao je Džou. „To je veoma važno pitanje za energetske uređaje ili energetske sisteme jer imate puno metalnih legura koje se koriste kao konstrukcijski materijal.“
