作者:张行勇 来源:中国科学报 发布时间:2017/2/27 9:00:38
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西安交通大学
揭示高温下氢致界面失效微观机理

 

本报讯(记者张行勇)日前,西安交通大学微纳中心博士生李蒙、解德刚,教授单智伟与来自美国约翰斯·霍普金斯大学、麻省理工学院和沙特阿卜杜拉国王科技大学的合作者在《自然—通讯》上发表论文,揭示了高温下氢致界面失效的微观机理。

作为世界上最轻的元素,氢很容易钻进其它材料内部,导致材料发生界面失效、形成内部孔洞等,从而严重劣化材料的力学性能。但由于实验技术的限制,截至目前,鲜有关于高温下氢对材料微观结构影响的报道,尤其是在微纳尺度。

作者利用自主研发的一种新型原位电镜加热装置,选取铝单晶作为模型材料,在环境透射电镜中研究了充氢后的微纳尺度铝柱在加热过程中界面结构演化的全过程。 实验发现,在升温过程中,铝—氧化铝界面处首先会形成很多含氢纳米空腔并且逐渐合并长大;但当温度超过某一临界温度后,这些纳米空腔会逐渐缩小直至消失,同时在样品某些位置会快速形成巨型空腔。但是此时样品表面依然保有原有的形状,且常规观测条件并不能发现这些空腔的存在。此外,实验还进一步发现,电子束辅助充氢过程还会在金属内部形成大量过饱和空位,这些过饱和空位会和钻进金属内部的氢原子结合形成氢—空位对。在室温下,这些氢—空位对相对稳定,移动性很弱;而超过临界温度后,这些氢—空位对会分解并快速移动到界面处,进一步破坏金属—氧化物界面,并在界面上形成一个金属长程扩散的“高速公路”,最终导致巨型空腔的形成。

《中国科学报》 (2017-02-27 第4版 综合)
 
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