Observante la efikojn de Hidrogeno en metalo

Hidrogeno, la dua plej eta el ĉiuj atomoj, povas penetri ĝuste en la kristalan strukturon de solida metalo. Tio estas bona novaĵo por klopodoj stoki hidrogenan fuelon sekure ene de la metalo mem, sed ĝi estas malbona novaĵo por strukturoj kiel la premujoj en nukleaj centraloj, kie hidrogenasimilado poste igas la metalmurojn de la ŝipo pli fragilaj, kiu povas konduki al fiasko. Sed ĉi tiu malfortiĝoprocezo estas malfacile observi ĉar hidrogenatomoj disvastiĝas tre rapide, eĉ ene de la solida metalo.

Ĉi tiu ilustraĵo prezentas la ĉefajn elementojn de la sistemo, kiun la teamo uzis: La multkolora slabo en la centro estas la metala tavolo estanta studita, la palblua regiono maldekstre estas la elektrolitsolvo uzata kiel fonto de hidrogeno, la malgrandaj bluaj punktoj estas la hidrogenaj atomoj, kaj la verdaj laseraj radioj dekstre esploras la procezon. La granda cilindro dekstre estas enketo uzata por deŝiri la metalon por testi ĝiajn mekanikajn trajtojn. Sed ĉi tiuj modeloj bezonas semajnojn por kreski kaj ne respondecas pri la biologia konsisto de individua paciento

Nun, esploristoj ĉe MIT eltrovis manieron ĉirkaŭ tiu problemo, kreante novan teknikon, kiu permesas la observadon de metala surfaco dum hidrogena penetro. Iliaj trovoj estas priskribitaj en artikolo aperanta hodiaŭ en la Internacia Revuo pri Hidrogena Energio, de MIT-postdoc Jinwoo Kim kaj Thomas B. King Asistanto Profesoro de Metalurgio C. Cem Tasan.

“Ĝi certe estas bonega ilo,” diras Chris San Marchi, eminenta membro de la teknika kunlaborantaro ĉe Sandia Naciaj Laboratorioj, kiu ne okupiĝis pri ĉi tiu laboro. "Ĉi tiu nova bildiga platformo havas la eblecon trakti kelkajn interesajn demandojn pri hidrogena transporto kaj kaptado en materialoj, kaj eble pri la rolo de kristalografio kaj mikrostrukturaj eroj sur la fragiliĝoprocezo."

Hidrogena fuelo estas konsiderata kiel eble grava ilo por limigi tutmondan klimatan ŝanĝon ĉar ĝi estas alt-energia fuelo kiu povus eventuale esti uzita en aŭtoj kaj aviadiloj.. Tamen, por enhavi ĝin necesas multekostaj kaj pezaj altpremaj tankoj. Stoki la fuelon en la kristala krado de la metalo mem povus esti pli malmultekosta, pli malpeza, kaj pli sekura - sed unue la procezo de kiel hidrogeno eniras kaj forlasas la metalon devas esti pli bone komprenita.

"Hidrogeno povas disvastigi kun relative altaj rapidecoj en la metalo, ĉar ĝi estas tiel malgranda,” Tasan diras. “Se vi prenas metalon kaj metas ĝin en hidrogenriĉan medion, ĝi prenos la hidrogenon, kaj tio kaŭzas hidrogenan fragiliĝon,ne estis la scio ĉu vi havis la materialojn aŭ presan teknologion por ebligi ĉi tion. Tio estas ĉar la hidrogenaj atomoj tendencas apartiĝi en certaj partoj de la metala kristala krado, malfortigante ĝiajn kemiajn ligojn.

La nova maniero observi la difektiĝprocezon kiel ĝi okazas povas helpi malkaŝi kiel la fragiliĝo ekfunkciiĝas., kaj ĝi povas sugesti manierojn bremsi la procezon - aŭ eviti ĝin dezajnante alojojn kiuj estas malpli vundeblaj al fragiliĝo..

San Marchi de Sandia diras, ke "ĉi tiu metodo povas ludi gravan rolon - en kunordigo kun aliaj teknikoj kaj simulado - por prilumi la hidrogen-difektajn interagojn, kiuj kondukas al hidrogenfragiliĝo.. Kun pli ampleksa kompreno de la mekanismoj de hidrogenfragiliĝo, materialoj kaj mikrostrukturoj povas esti dizajnitaj por plibonigi sian efikecon sub ekstremaj hidrogenaj medioj."

La ŝlosilo al la nova monitoradprocezo estis elpensi manieron eksponi metalajn surfacojn al hidrogena medio dum ene de la vakuokamero de skana elektrona mikroskopo. (SEM). Ĉar la SEM postulas vakuon por sia funkciado, hidrogena gaso ne povas esti ŝargita en la metalon ene de la instrumento, kaj se antaŭŝargite, la gaso disvastiĝas rapide. Anstataŭe, la esploristoj uzis likvan elektroliton, kiu povus esti enhavita en bone sigelita kamero, kie ĝi estas senŝirma al la malsupra flanko de maldika folio el metalo. La pinto de la metalo estas senŝirma al la SEM-elektronfasko, kiu tiam povas sondi la strukturon de la metalo kaj observi la efikojn de la hidrogenatomoj migrantaj en ĝin.

La hidrogeno de la elektrolito "disvastiĝas ĝis la supro" de la metalo, kie ĝiaj efikoj videblas, Tasan diras. La baza dezajno de tiu enhavita sistemo ankaŭ povus esti utiligita en aliaj specoj de vaku-bazitaj instrumentoj por detekti aliajn trajtojn.. "Ĝi estas unika aranĝo. Kiom ni scias, la sola en la mondo, kiu povas realigi ion tian,ne estis la scio ĉu vi havis la materialojn aŭ presan teknologion por ebligi ĉi tion.

En siaj komencaj provoj de tri malsamaj metaloj - du malsamaj specoj de neoksidebla ŝtalo kaj titana alojo - la esploristoj jam faris kelkajn novajn rezultojn.. Ekzemple, ili observis la formadon kaj kreskoprocezon de nanoskala hidridfazo en la plej ofte uzata titania alojo, ĉe ĉambra temperaturo kaj en reala tempo.

Elpensi likrezistan sistemon estis decida por fari la procezon funkcii. La elektrolito bezonata por ŝargi la metalon per hidrogeno, “estas iom danĝera por la mikroskopo,” Tasan diras. "Se la specimeno malsukcesas kaj la elektrolito estas liberigita en la mikroskopan ĉambron,” ĝi povus penetri malproksime en ĉiun angulon de la aparato kaj esti malfacile purigebla. Kiam venis la tempo por efektivigi ilian unuan eksperimenton en la specialigitaj kaj multekostaj ekipaĵoj, li diras, “Ni estis ekscititaj, sed ankaŭ vere nervoza. Estis neverŝajne ke fiasko okazos, sed ĉiam estas tiu timo."

sinjoro Tsuzaki, eminenta profesoro pri kemia inĝenierado en Kyushu University en Japanio, kiu ne estis implikita en ĉi tiu esplorado, diras, ke ĉi tio "povus esti ŝlosila tekniko por solvi kiel hidrogeno influas delokigan movon. Ĝi estas tre malfacila ĉar acida solvo por hidrogena katoda ŝargado cirkulas en SEM-kameron. Ĝi estas unu el la plej danĝeraj mezuradoj por la maŝino. Se la cirkulaj juntoj likas, tre multekosta skana elektrona mikroskopo (SEM) estus rompita pro la acida solvaĵo. Tre zorgema dezajno kaj tre lerta aranĝo estas necesaj por fari ĉi tiun mezuran ekipaĵon."

Tsuzaki aldonas ke "post kiam ĝi estas plenumita, eligoj per ĉi tiu metodo estus bonegaj. Ĝi havas tre altan spacan rezolucion pro SEM; ĝi donas surloke observaĵojn sub bone kontrolita hidrogena atmosfero." Tial, li diras, li kredas, ke Tasan kaj Kim "akiros novajn rezultojn de hidrogen-helpata dislokiĝo-movo per ĉi tiu nova metodo., solvi la mekanismon de hidrogen-induktita mekanika degenero, kaj evoluigi novajn hidrogen-rezistemajn materialojn."

Fonto: http://novaĵoj.mit.edu, de David L. Kandelisto