Korrosion auf Nanoskala: Der Fall von Silbernanodrähten und Nanopartikeln

Metallnanostrukturen, wie Nanopartikel und Nanodrähte, wurden als Bausteine für verschiedene Anwendungen in der Nanofabrikation und Nanoelektronik vorgeschlagen. Allerdings gibt es, obwohl atmosphärische Korrosion bei Metallen verbreitet ist, einen Mangel an Informationen über die Stabilität dieser Nanostrukturen gegenüber solchen Phänomenen. Daher haben wir beschlossen, die atmosphärische Korrosion von Silbernandrähten und Nanopartikeln, die durch die Polyol-Methode unter Verwendung von Poly(vinylpyrrolidon) (PVP) als Kappenmittel synthetisiert wurden, mit verschiedenen Techniken zu untersuchen, darunter Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS). Nach Synthese und Reinigung wurden die Silbernanostrukturen auf verschiedenen Substraten abgelagert und bei Umgebungsbedingungen der Laborluft ausgesetzt. Die strukturellen Veränderungen der Proben wurden über einen Zeitraum von 24 Wochen mithilfe von TEM in Abhängigkeit von der Zeit überwacht. Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese Silbernanostrukturen anfällig für atmosphärische Korrosion sind und dass in den meisten Fällen eine dünne Schicht von Silbersulfid-Nanokristallen auf ihren Oberflächen gebildet wird. Die erhöhte Reaktivität von Regionen mit Defekten und Versetzungen könnte die Beobachtung erklären, dass die Korrosionsrate der Nanodrähte höher ist als die Korrosionsrate der Nanopartikel, da bekannt ist, dass die Struktur der durch die Polyol-Methode synthetisierten Nanodrähte mehrzwillig ist, während die meisten Nanopartikel, die nach der Synthese übrigblieben, Einkristalle sind. Darüber hinaus wurde ein Teil der ursprünglichen Probe von Silbernanostrukturen mit Wasserstoffsulfid (H2S) als Korrosionsgas sulfidisiert. Nach der Durchführung von XPS-Studien an dieser Probe bestätigten wir die Anwesenheit von PVP auf der Oberfläche der sulfidisierten Silbernanostrukturen. Dieses Ergebnis stimmt mit der Beobachtung überein, dass in den atmosphärisch korrodierten Proben, selbst wenn in einigen Fällen die ursprüngliche Silbernanostruktur vollständig korrodiert war, die Silbersulfid-Nanokristalle zusammen blieben und die Form der Silbernanostruktur annahmen. Schließlich deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass die Korrosion auf Nanoskala derjenigen von massiven Silber ähnlich zu sein scheint.