观察氢的金属的影响

氢, 所有原子的第二最小的, 可以穿透右成固体金属的晶体结构. 这是安全的金属本身的努力来存储氢燃料的好消息, 但它的结构坏消息，如核电站压力容器, 其中氢吸收最终使容器的金属壁更脆, 这可能会导致失败. 但这种脆化过程是很难观察到，因为氢原子扩散速度非常快, 即使是固体金属内.

此图描述了使用的团队系统的主要内容: 在中心五彩板坯是所研究的金属层, 在左侧的淡蓝色区域是用作氢源的电解质溶液, 小蓝点是氢原子, 并在右侧的绿色激光束探测过程. 在右侧的大气缸是用于缩进金属来测试其机械性能的探针. 研究人员礼貌

现在, 研究人员在麻省理工学院已经找到了围绕着问题的方法, 创建一个新的技术，其允许氢气渗透中的金属表面的观察. 他们的研究结果在今天出现的论文描述 国际期刊氢能, 由麻省理工学院博士后Jinwoo Kim和托马斯乙. 冶金的C国王助理教授. 杰姆Tasan.

“这绝对是一个很酷的工具,”克里斯圣马奇说：, 在技​​术人员的桑迪亚国家实验室杰出成员, 谁没有参与这项工作. “这个新的影像平台必须解决有关氢运输一些有趣的问题的潜力，并在材料捕集, 并有可能对晶体学和微观成分上的脆化过程中的作用。”

氢燃料被认为是限制全球气候变化的一个潜在的主要工具，因为它是一个可以最终在汽车和飞机中使用的高能燃料. 然而, 需要昂贵和笨重的高压罐遏制它. 在金属本身的晶格存储所述燃料可以是便宜, 打火机, 和更安全的 - 但首先氢如何进入和离开金属的过程中，必须将更好地理解.

“氢可以在金属相对高的速率扩散, 因为它是如此之小,” Tasan说. “如果你把一个金属，并把它在富氢环境, 将摄取的氢, 并且这导致氢脆,“ 他说. 这是因为氢原子趋于在金属晶格的某些部分偏析, 削弱其化学键.

观察脆化过程中正好可以帮助新的方式来揭示脆化被如何被触发, 它可以建议放慢进程的途径 - 或设计是脆化较少受到合金避免它的.

桑迪亚国家实验室的圣马奇说：“这种方法可以发挥重要的作用 - 与其他技术和仿真协调 - 照亮导致氢脆氢缺陷相互作用. 随着氢脆的机制，更全面的了解, 材料和微结构可被设计成提高在极端环境氢它们的性能。”

到新的监测过程的关键是制定，同时用扫描型电子显微镜的真空室内部暴露的金属表面的氢气环境的一种方式 (SEM). 因为SEM需要用于其操作的真空, 氢气不能充电到仪器内的金属, 如果预充电, 气体迅速扩散出. 代替, 研究人员使用的是可被包含在一个良好的密封室中的液体电解质, 在其露出到金属薄片的下侧. 金属的顶部暴露于SEM电子束, 然后可探测的金属的结构并观察的氢原子迁移到它的效果.

从电解质中的氢“扩散一路通过顶部的”金属, 其中，它的效果可以看出, Tasan说. 此包含的系统的基本设计也可以用在其他类型的基于真空的仪器用于检测其它性质. “这是一个独特的设置. 据我们所知, 唯一一个在世界上能够实现这样的事情,“ 他说.

在他们的三个不同金属的初步测试 - 两种不同的不锈钢和钛合金 - 研究人员已经提出了一些新的发现. 例如, 他们观察到纳米级氢化物相的形成和生长过程中最常用的钛合金, 在室温下，并实时.

制定一个防漏系统是为了使工作过程至关重要. 电解质需要用氢充金属, “是用于在显微镜有点危险,” Tasan说. “如果样品失败和电解质被释放到显微镜室,”它可以渗透进远设备的每一个角落，并难以清理掉. 当时间来到了专门的和昂贵的设备来进行他们的第一个实验, 他说, “我们都非常激动, 但也很紧张. 这是不太可能的失败将要发生, 但总是有恐惧“。

Kaneaki津崎, 化学工程在日本九州大学特聘教授, 谁没有参与这项研究, 说这“可能是一个关键的技术来解决氢是如何影响位错运动. 这是非常有挑战性的，因为用于阴极的氢充电酸溶液被循环到SEM室. 这是本机的最危险的测量之一. 如果循环接头泄漏, 非常昂贵的扫描型电子显微镜 (SEM) 由于将被破坏的酸溶液. 一个非常精心的设计和非常高的技能设置是必要进行这种测量设备。”

津崎补充说：“一旦完成, 通过该方法的输出将是超. 但由于在SEM很高的空间分辨率; 它给原位观测良好控制的氢气氛下进行。”因此, 他说, 他认为Tasan和Kim“将由这种新方法得到氢辅助位错运动的新发现, 解决氢诱发的机械降解机制, 并开发新的抗氢材料“。

资源: HTTP://news.mit.edu, 由大卫大号. 钱德勒