Con problemas documentados de agua pública en Flint, Michigan y Hoosick Falls, NY, causados por la corrosión, comprender cómo se ve afectado el cobre a nivel atómico es fundamental para evitar problemas en tuberías futuras. El daño relacionado con la corrosión cuesta más del tres por cientodel Producto Interno Bruto de los Estados Unidos alrededor de $ 503.1 mil millones, según cifras de 2013.
Utilizando técnicas de microscopía in situ de última generación, los científicos de la Universidad de Binghamton pudieron observar la oxidación del cobre, el material de construcción principal para millones de millas de tuberías de agua, a nivel atómico mientras sucedíaLo que vieron podría ayudar a crear tuberías con mejor resistencia a la corrosión.
"La oxidación de metales [la pérdida de electrones a nivel molecular o atómico] es una reacción universal causada por el simple hecho de que el óxido de la mayoría de los metales es más estable que el metal mismo. La resistencia a la corrosión u oxidación es uno de lospropiedades más importantes para los materiales expuestos al aire o al agua ", dijo Guangwen Zhou, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad de Binghamton y coautor del estudio.
"Debido a que el agua es naturalmente corrosiva, especialmente para tuberías que transportan agua caliente, donde la temperatura elevada acelera las tasas de oxidación / corrosión, la Agencia de Protección Ambiental EPA requiere que todos los sistemas de agua sean monitoreados por los niveles de cobre", agregó Zhou ".La razón más común para que las empresas de servicios de agua agreguen inhibidores de corrosión es evitar la corrosión del cobre. Los resultados de la investigación de nuestro estudio sobre la oxidación de las aleaciones de cobre pueden facilitar el desarrollo de nuevas aleaciones con resistencia mejorada a la corrosión en el agua ".
Más allá de las tuberías de agua, observar cómo el cobre se oxida también arroja luz sobre el mantenimiento de la estabilidad del material en nanodispositivos que se usan en la energía y la ciencia médica. Utilizando microscopios electrónicos de resolución atómica, los científicos demostraron que la oxidación del cobre ocurre a través del crecimiento de capa a islade óxido de cobre en superficies planas de cobre con átomos de cobre que se evaporan de la superficie. El óxido sólido, hecho de átomos de cobre y oxígeno que se mezclan térmicamente microscópicamente sobre la superficie original, se deposita de nuevo en la superficie. Esto es diferente de la idea tradicional de untransformación sólido-sólido. La observación es contraintuitiva porque si una superficie puede hacerse más desigual, puede resistir mejor la oxidación.
"Los avances recientes en instrumentación han permitido investigar la oxidación de metales expuestos al gas oxígeno y temperatura elevada con mediciones in situ. El empleo de estas técnicas puede brindar oportunidades únicas para establecer los principios de control de los procesos atómicos de la oxidación de la superficie".Zhou dijo: "Al usar estas herramientas, podemos obtener una visión sin precedentes del mecanismo de oxidación del cobre y sus aleaciones".
Según Zhou, no toda la oxidación es mala ". La oxidación puede conducir a la formación de una capa protectora contra el ataque de corrosión", dijo. "Nuestros resultados establecen los principios para predecir la tendencia a promover o suprimir laoxidación de materiales, que es muy necesaria para una utilización más inteligente para dirigir la reacción hacia la dirección deseada para aplicaciones reales como resistencia a la corrosión o catálisis química mejorada ".
Qing Zhu, Wissam A. Saidi y Judith C. Yang de la Universidad de Pittsburgh son coautores del estudio, junto con el estudiante graduado de Binghamton, Lianfeng Zou.
Se publicó el estudio "Etapas tempranas y transitorias de la oxidación de Cu: percepciones atómicas de simulaciones teóricas y experimentos in situ" Ciencia de superficie .
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Materiales proporcionados por Universidad de Binghamton . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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