就像铁流经血液一样，铁矿物质通过地面。这些矿物质用于制造钢铁和其他金属合金，从手机部件和汽车到建筑物，工业设备和基础设施。
不幸的是，当暴露在氧气和水分中时，铁会氧化 - 或生锈。生锈是无情的。
了解更多关于驱动和维持生锈的化学反应可以为工程改进的铁基材料提供线索。它还可以导致肥料或土壤改良剂的进步，增加植物营养的铁吸收。
美国能源部太平洋西北国家实验室的科学家在PNAS期刊上发表了一篇关于在缺氧(例如土壤表面以下的氧气)时可视化生锈矿物反应性的突破。使用铁同位素和原子探针层析成像或APT，他们追踪这些氧化还原反应，以创建在小氧化铁晶体中重新排列不同铁原子的第一个3D“原子图”。
APT地图揭示了一个令人惊讶的动态铁循环，显示了铁在矿物表面上和从矿物表面上不断移动。
“我们看到水中的铁原子特别寻找并在晶体表面填充了微小的坑洼或缺陷，”PNNL地球化学小组的博士后研究员桑德拉泰勒说。“在原子尺度上看到这些重结晶区域，我们发现反应可以有效地”治愈“晶体表面受损区域，并且完美驱动生长。”
PNNL实验室研究员，该研究的首席研究员Kevin Rosso表示，结果证实，土壤和钢铁腐蚀产物中与锈类矿物的反应比通常认为的更具活力。它们说明了在不断变化的化学条件下金属管道上的锈蚀是如何持续存在的，使其随着时间的推移不断腐蚀和变质。
这一发现限制了长达数年的努力，使用APT以3D原子尺度捕获化学成分测量和图像。这种复杂且具有挑战性的技术需要很高的技巧才能成功探测纳米颗粒铁氧化物的表面。原子探针位于PNNL的DOE科学办公室用户设施环境分子科学实验室。
“这项研究为表征这一重要的氧化还原界面开辟了一个新的先例，”Rosso说，并补充说，结果可以用来更好地理解广泛的过程。这些包括了解晶体如何生长和溶解，以及腐蚀的根本原因以及它如何在表面上生锈 - 从不睡觉的生锈。