धातु में हाइड्रोजन के प्रभाव का अवलोकन करना

हाइड्रोजन, सभी परमाणुओं का दूसरा सबसे छोटा, ठोस धातु की क्रिस्टल संरचना में सही प्रवेश कर सकता है. धातु के भीतर ही हाइड्रोजन ईंधन को सुरक्षित रूप से संग्रहित करने के प्रयासों के लिए यह अच्छी खबर है, लेकिन यह परमाणु संयंत्रों में दबाव वाहिकाओं जैसी संरचनाओं के लिए बुरी खबर है, जहां हाइड्रोजन का अवशोषण अंततः जहाज की धातु की दीवारों को और अधिक भंगुर बना देता है, जो असफलता का कारण बन सकता है. लेकिन इस भंगुरता प्रक्रिया का निरीक्षण करना कठिन है क्योंकि हाइड्रोजन परमाणु बहुत तेजी से फैलते हैं, यहां तक ​​कि ठोस धातु के अंदर भी.

यह चित्रण टीम द्वारा उपयोग की जाने वाली प्रणाली के मुख्य तत्वों को दर्शाता है: केंद्र में बहुरंगी स्लैब धातु की परत है जिसका अध्ययन किया जा रहा है, बाईं ओर का हल्का नीला क्षेत्र इलेक्ट्रोलाइट समाधान है जिसका उपयोग हाइड्रोजन के स्रोत के रूप में किया जाता है, छोटे नीले बिंदु हाइड्रोजन परमाणु हैं, और दाईं ओर हरी लेजर किरणें इस प्रक्रिया की जांच कर रही हैं. दाईं ओर बड़ा सिलेंडर एक जांच है जिसका उपयोग धातु के यांत्रिक गुणों का परीक्षण करने के लिए इंडेंट करने के लिए किया जाता है. शोधकर्ताओं के सौजन्य से

अभी, एमआईटी के शोधकर्ताओं ने उस समस्या का समाधान ढूंढ लिया है, एक नई तकनीक का निर्माण जो हाइड्रोजन प्रवेश के दौरान धातु की सतह के अवलोकन की अनुमति देता है. उनके निष्कर्षों का वर्णन आज प्रकाशित एक पेपर में किया गया है हाइड्रोजन ऊर्जा के अंतर्राष्ट्रीय जर्नल, एमआईटी पोस्टडॉक जिनवू किम और थॉमस बी द्वारा. किंग धातुकर्म के सहायक प्रोफेसर सी. Cem Tasan.

“यह निश्चित रूप से एक अच्छा उपकरण है,क्रिस सैन मार्ची कहते हैं, सैंडिया राष्ट्रीय प्रयोगशालाओं में तकनीकी स्टाफ का एक प्रतिष्ठित सदस्य, जो इस कार्य में शामिल नहीं था. “इस नए इमेजिंग प्लेटफ़ॉर्म में हाइड्रोजन परिवहन और सामग्रियों में फंसने के बारे में कुछ दिलचस्प सवालों का समाधान करने की क्षमता है, और संभावित रूप से भंगुरता प्रक्रिया पर क्रिस्टलोग्राफी और माइक्रोस्ट्रक्चरल घटकों की भूमिका के बारे में।

वैश्विक जलवायु परिवर्तन को सीमित करने के लिए हाइड्रोजन ईंधन को संभावित रूप से प्रमुख उपकरण माना जाता है क्योंकि यह एक उच्च ऊर्जा ईंधन है जिसका उपयोग अंततः कारों और विमानों में किया जा सकता है।. तथापि, इसे रोकने के लिए महंगे और भारी उच्च दबाव वाले टैंकों की आवश्यकता होती है. धातु की क्रिस्टल जाली में ईंधन का भंडारण करना सस्ता हो सकता है, लाइटर, और सुरक्षित - लेकिन सबसे पहले इस प्रक्रिया को बेहतर ढंग से समझा जाना चाहिए कि हाइड्रोजन धातु में कैसे प्रवेश करता है और कैसे निकलता है.

“हाइड्रोजन धातु में अपेक्षाकृत उच्च दर पर फैल सकता है, क्योंकि यह बहुत छोटा है,तसन कहते हैं. “यदि आप कोई धातु लेते हैं और उसे हाइड्रोजन-समृद्ध वातावरण में रखते हैं, यह हाइड्रोजन ग्रहण करेगा, और यह हाइड्रोजन भंगुरता का कारण बनता है," वह कहते हैं. ऐसा इसलिए है क्योंकि हाइड्रोजन परमाणु धातु क्रिस्टल जाली के कुछ हिस्सों में अलग हो जाते हैं, इसके रासायनिक बंधनों को कमजोर करना.

घटित होने वाली प्रक्रिया को देखने का नया तरीका यह प्रकट करने में मदद कर सकता है कि एंब्रिटलमेंट कैसे शुरू होता है, और यह प्रक्रिया को धीमा करने के तरीकों का सुझाव दे सकता है - या ऐसे मिश्र धातुओं को डिजाइन करके इससे बचने का सुझाव दे सकता है जो कि भंगुरता के प्रति कम संवेदनशील हैं.

सैंडिया के सैन मार्ची का कहना है कि "यह विधि एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकती है - अन्य तकनीकों और सिमुलेशन के साथ समन्वय में - हाइड्रोजन-दोष इंटरैक्शन को उजागर करने के लिए जो हाइड्रोजन उत्सर्जन का कारण बनती है. हाइड्रोजन उत्सर्जन के तंत्र की अधिक व्यापक समझ के साथ, सामग्रियों और सूक्ष्म संरचनाओं को अत्यधिक हाइड्रोजन वातावरण में उनके प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है।

नई निगरानी प्रक्रिया की कुंजी एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के निर्वात कक्ष के अंदर धातु की सतहों को हाइड्रोजन वातावरण में उजागर करने का एक तरीका तैयार करना था। (कौन सा). क्योंकि SEM को इसके संचालन के लिए वैक्यूम की आवश्यकता होती है, उपकरण के अंदर हाइड्रोजन गैस को धातु में चार्ज नहीं किया जा सकता है, और यदि पहले से चार्ज किया गया है, गैस तेजी से फैलती है. बजाय, शोधकर्ताओं ने एक तरल इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग किया जिसे एक अच्छी तरह से सीलबंद कक्ष में रखा जा सकता है, जहां यह धातु की एक पतली शीट के नीचे की ओर उजागर होता है. धातु का शीर्ष SEM इलेक्ट्रॉन किरण के संपर्क में है, जो तब धातु की संरचना की जांच कर सकता है और उसमें स्थानांतरित होने वाले हाइड्रोजन परमाणुओं के प्रभावों का निरीक्षण कर सकता है.

इलेक्ट्रोलाइट से हाइड्रोजन धातु के "पूरे शीर्ष तक फैल जाता है"।, जहां इसका असर देखा जा सकता है, तसन कहते हैं. इस निहित प्रणाली के मूल डिज़ाइन का उपयोग अन्य गुणों का पता लगाने के लिए अन्य प्रकार के वैक्यूम-आधारित उपकरणों में भी किया जा सकता है. “यह एक अनोखा सेटअप है. जहाँ तक हम जानते हैं, दुनिया में एकमात्र व्यक्ति जो ऐसा कुछ महसूस कर सकता है," वह कहते हैं.

तीन अलग-अलग धातुओं के अपने शुरुआती परीक्षणों में - दो अलग-अलग प्रकार के स्टेनलेस स्टील और एक टाइटेनियम मिश्र धातु - शोधकर्ताओं ने पहले ही कुछ नए निष्कर्ष निकाले हैं. उदाहरण के लिए, उन्होंने सबसे अधिक इस्तेमाल होने वाले टाइटेनियम मिश्र धातु में नैनोस्केल हाइड्राइड चरण के गठन और विकास की प्रक्रिया का अवलोकन किया, कमरे के तापमान पर और वास्तविक समय में.

प्रक्रिया को कार्यान्वित करने के लिए एक रिसावरोधी प्रणाली तैयार करना महत्वपूर्ण था. धातु को हाइड्रोजन से चार्ज करने के लिए इलेक्ट्रोलाइट की आवश्यकता होती है, “माइक्रोस्कोप के लिए थोड़ा खतरनाक है,तसन कहते हैं. “यदि नमूना विफल हो जाता है और इलेक्ट्रोलाइट माइक्रोस्कोप कक्ष में छोड़ दिया जाता है,“यह डिवाइस के हर कोने में बहुत अंदर तक घुस सकता है और इसे साफ करना मुश्किल हो सकता है. जब विशिष्ट और महंगे उपकरणों में अपना पहला प्रयोग करने का समय आया, वह कहते हैं, “हम उत्साहित थे, लेकिन वास्तव में घबराया हुआ भी. इसकी संभावना नहीं थी कि विफलता होने वाली थी, लेकिन यह डर हमेशा बना रहता है।”

श्री त्सुज़ाकी, जापान में क्यूशू विश्वविद्यालय में केमिकल इंजीनियरिंग के एक प्रतिष्ठित प्रोफेसर, जो इस शोध में शामिल नहीं था, कहते हैं, "हाइड्रोजन अव्यवस्था गति को कैसे प्रभावित करता है, इसे हल करने के लिए यह एक महत्वपूर्ण तकनीक हो सकती है. यह बहुत चुनौतीपूर्ण है क्योंकि हाइड्रोजन कैथोडिक चार्जिंग के लिए एक एसिड समाधान एक एसईएम कक्ष में घूम रहा है. यह मशीन के लिए सबसे खतरनाक मापों में से एक है. यदि परिसंचरण जोड़ लीक हो जाते हैं, एक बहुत महंगा स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (कौन सा) अम्लीय घोल के कारण टूट जायेगा. इस माप उपकरण को बनाने के लिए एक बहुत ही सावधानीपूर्वक डिजाइन और एक बहुत ही उच्च-कौशल सेटअप आवश्यक है।

त्सुज़ाकी कहते हैं कि "एक बार यह पूरा हो गया, इस विधि से आउटपुट बहुत अच्छे होंगे. SEM के कारण इसका स्थानिक रिज़ॉल्यूशन बहुत अधिक है; यह एक अच्छी तरह से नियंत्रित हाइड्रोजन वातावरण के तहत यथास्थान अवलोकन देता है। नतीजतन, वह कहते हैं, उनका मानना ​​है कि तसन और किम “इस नई विधि से हाइड्रोजन-समर्थित अव्यवस्था गति के नए निष्कर्ष प्राप्त करेंगे, हाइड्रोजन-प्रेरित यांत्रिक क्षरण के तंत्र को हल करें, और नई हाइड्रोजन-प्रतिरोधी सामग्री विकसित करें।"

स्रोत: एचटीटीपी://news.mit.edu, डेविड एल द्वारा. दुकानदार