2006年4月13日
由阿贡公司建造的新环境室亚博网站下载材料科学部门亚博老虎机网登录允许研究人员观察材料在高温、气体反应环境中相互作用的过程亚博网站下载。新实验室的第一个实验揭示了铜如何在纳米级氧化的有趣信息，并为理解氧化建立了一个新的基本模型。
最初的研究发现，当暴露在氧气中时，干净的铜表面比之前预期的更抗氧化。这些发现可以改进电子元件。工业界对在一些有氧气的高温设备中使用铜感兴趣，但一直担心铜可能会氧化，导致电性能退化。
该实验室还可以帮助研究人员找到从碳氢化合物中生产氢的更好方法。
氧化物可以起到保护作用，如氧化铝在铝表面形成时，也可以起到破坏作用，如铁生锈和失效时。在原子水平上理解这些过程将允许研究人员操纵氧化来创造更好的材料。亚博网站下载
氧化物研究传统上是在大块材料上厚厚的、成熟的氧化物层上进行的。亚博网站下载最近，透射电子显微镜在介观水平上揭示了局部氧化过程——在介观水平上，人们可以合理地讨论材料或现象的性质，而不必讨论单个原子的行为。但是新的环境室允许在阿贡进行x射线衍射测量先进的光子源(APS)在受控的环境中显示样品整个表面的原子水平氧化，包括化学和微观结构演变。
MSD合金氧化组组长Jeff Eastman解释说:“同步加速器x射线在这方面做得很好。“x射线可以穿透氧气与材料表面发生反应的各个层，我们可以控制x射线的角度，要么深入到材料表面，要么对最上层的单层材料提供精确的敏感性。”单层是一种单原子厚度的结构。
APS是西半球最耀眼的研究x射线的来源，能够在过程发生时进行快速测量。
第一个环境实验集中在铜上。“我们研究铜，”伊士曼说，“因为它是一种重要的物质，其氧化作用还没有被完全了解。从研究的角度来看，它也很有吸引力，因为铜及其最常见的氧化物都具有简单的、重复的立方结构，简化了数据采集和分析。”
在实验中，在实验室内放置一层铜薄膜，并对温度和气体环境进行控制。当氧气被添加到腔中，它最初在铜表面形成了有序的单分子层。
伊士曼说:“随着氧气含量的增加，它与铜发生反应，氧化铜的‘纳米岛’出现在表面，类似于大约100纳米宽、只有几纳米厚的小冰球。”
一旦岛屿形成，研究人员就改变温度和氧气水平来研究岛屿的生长。研究揭示了哪些条件导致了岛屿的增长或收缩。科学家们确定了不同温度下的相边界——区分生长和收缩的分界线。
伊士曼说:“与对大块材料的研究相比，我们观察到的氧化铜纳米亚博网站下载岛的行为是截然不同的。”“在一开始形成的这些氧化物岛实际上会收缩和消失，在这种情况下会导致更大的体积铜生长。”
这项研究是由美国能源部办公室资助的基本能源科学亚博老虎机网登录这是由包括Eastman, Dillon Fong, Paul Fuoss, Lynn Rehn, Guangwen Zhou, Pete Baldo和Loren Thompson在内的MSD科学家组成的团队完成的。研究结果最近发表在应用物理快报（87年,051914年,2005年)。
这个房间已经在APS使用过了BESSRC / XOR部门12 beamline。APS的高能x射线是这些研究的理想材料，因为其穿透性使研究小组能够设计具有化学惰性石英墙的腔室，允许在恶劣环境下研究材料。亚博网站下载目前，实验室已经进行了探测，以便将样本暴露在氧气、氩气、氢气、甲醇、一氧化碳、二氧化碳或水蒸气的受控混合物中。温度可以从室温维持到1000摄氏度，并且腔内的气体压力可以调节近10个数量级。
未来的研究不局限于金属和合金的氧化。例如，研究碳氢化合物与金属或氧化物材料的相互作用可以帮助研究人员开发更有效的方法来生产和储存氢。亚博网站下载
“有了这个新的环境室，我们还计划研究催化和其他气体/固体相互作用，”阿贡材料科学部主任George Crabtree说。亚博网站下载亚博老虎机网登录- - - - - -伊芙琳·布朗