Własności powierzchni pirytu

piryt

Piryt – minerał żelaza z gromady siarczków, w języku chemii nadsiarczek żelaza (II), w potocznym zaś znany jako złoto głupców ze względu na swój złotawy, metaliczny połysk. Minerał ten znany od dawna, dopiero teraz został zauważony jako obiecujący materiał dla zastosowań w przemyśle hi-tech takim jak chociażby: fotowoltaika, spintronika, katalizatory. Za jego olbrzymi potencjał odpowiedzialne są elektryczne własności powierzchni, które do niedawna pozostawały nieodkryte.

Piryt koroduje najszybciej w beztlenowym środowisku, a zwłaszcza w sąsiedztwie oceanu. Skutkuje to uformowaniem się korozyjnej powłoki (rdza) uwidaczniającej się w postaci nalotu na konstrukcjach stalowych w branży ropy naftowej i gazu ziemnego, dlatego też koncerny naftowe są zainteresowane lepszym zrozumieniem własności pirytu a także mechanizmów jego korozji, w celu spowolnienia tego procesu w przypadku stali. Koncern BP wspiera finansowo Centrum Materiałów oraz Badań nad Korozją na MIT. Piryt pod wpływem tlenu i wilgoci atmosferycznej ulega szybkiemu powierzchniowemu wietrzeniu, utleniając się do tlenków i wodorotlenków żelaza (np. do limonitu) oraz siarczanów żelaza (korozja atmosferyczna). Nawet dotknięcie palcem ścian kryształu pirytu może skutkować pojawieniem się rdzy na jego powierzchni w ciągu kilku dni, ze względu na naturalną wilgoć i kwaśny odczyn skóry. “Mniejsza przerwa energetyczna oznacza większą korozję” – powiedział prof. Yildiz, dodając że badacze często nie doceniają wpływu jakże ważnego współczynnika korozji.

Zespół naukowców z MIT jako pierwszy odnalazł sposób, aby zbadać nieuchwytne do tej pory własności elektryczne powierzchni, która znacząco różni się od innych materiałów. Co więcej, pomiar własności powierzchni jest zdecydowanie trudniejszy niż w przypadku badania właściwości materiału w całej objętości. Badacze wykorzystali do tego celu połączenie skaningowej spektroskopii tunelowej wraz z nowoczesnymi metodami obliczeniowymi. “Musieliśmy opracować skuteczne narzędzie  które pozwoli nam na pomiar zaledwie jednej lub dwóch warstw atomowych wgłąb materiału” – powiedział prof. Herbert. Wynik badań ujawniają między innymi że przerwa energetyczna – własność kluczowa w przewodnictwie elektrycznym – w powierzchniowych warstwach pirytu jest zdecydowanie mniejsza niż w przypadku materiału w całej objętości. Poprzednie badania przyniosły sprzeczne wyniki dla pasma wzbronionego na powierzchni co poskutkowało odstąpieniem od badań nad pirytem. Po wznowieniu badań okazało się że na powierzchni znajdują się niewysycone wiązania co skutkuje dużą aktywnością chemiczną. Jest to bezpośrednim powodem rozbieżności między własnościami ogółu materiału a jego powierzchnią.

Piryt ma duży potencjał a jego własności były badane już w latach 80 XX wieku w celu zastosowań do ogniw fotowoltaicznych. Obecnie wiemy że minerał jest dość rozpowszechniony i niedrogi, stąd propozycja stosowania go w spinotronice do urządzeń w których informacji są przenoszone za pomocą spinów elektronowych. Pionierskie badania mogą również posłużyć do lepszego zrozumienia różnic pomiędzy strukturą i własnościami powierzchni a materiałem w całej objętości.

Źródło:
[1] Pyrite 2 by Barta IV, flickr.com, CC BY 2.0
[2] http://web.mit.edu/newsoffice/2013/probing-the-surface-of-pyrite-1001.html | 02.10.2013
[3] http://pl.wikipedia.org/wiki/Piryt | 02.10.2013

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *