氢脆产生的清洁能源储存和运输的复杂性

时间：2021-10-29 10:52:15 来源：

氢会引起包括铁素体钢在内的多种金属的脆性，但是最近的进展提供了对脆化过程的深入了解。 a）不锈钢中的箭头状分层显示出氘浓度明显更高的裂纹。b）一种这样的分层产生的次级离子横截面轮廓。

方法揭示了对铁素体钢中氢位置的理解。

随着全球能源市场从煤炭，石油燃料和天然气转向更环保的一次能源，氢已成为清洁能源运动中的重要支柱。开发安全且具有成本效益的氢气储存和运输方法至关重要，但考虑到氢气与结构材料的相互作用，这很复杂。

氢会引起几种金属的脆性，包括铁素体钢-一种用于建筑物，汽车齿轮和车轴以及工业设备的结构钢。实验工具和多尺度建模的最新进展开始提供对脆化过程的洞察力。

AIP Publishing的《 Applied Physics Reviews》中发表的各种方法的综述，增进了人们对在氢环境中受到机械负荷的铁素体钢的结构，性能和性能的了解。尽管有许多关于不锈钢的研究，但研究人员集中在铁素体钢上，后者是一种便宜的钢，用于管道和其他大型结构的建筑。

其中一位作者梅·马丁说：“确定氢在主体金属中的位置是百万美元的问题。”

具体而言，了解氢在块状材料中承受应变的位置对于了解脆化至关重要。

马丁说：“我们还没有回答这个问题，但是通过结合各种技术，我们正在接近那个答案。”

研究人员强调了几种技术和方法的组合，包括原子探针层析成像。APT是一种将现场离子显微镜与质谱仪结合使用的测量工具，即使在轻元素（如氢）中，也可以进行原子级的3D成像和化学成分测量。

其他显示出希望的技术是通过二次离子质谱进行2D映射来回答氢在材料中的位置的问题。离子质谱法是一种通过聚焦的一次离子束溅射样品表面并收集和分析喷射的二次离子来分析固体表面和薄膜组成的技术。

研究人员说，特别是在最近十年中，由于新的实验能力的发展，氢脆化取得了重大进展。随着新的实验技术的完善，预计该领域将继续以惊人的速度发展。

马丁说：“随着该领域的扩展，我们希望我们的论文对于那些进入该领域的人是一个很好的资源。”

参考：May Ling Martin，Matthew Connolly，Frank W. DelRio和Andrew Slifka撰写的“铁素体钢中的氢脆”，2020年10月6日，应用物理评论。DOI：
10.1063/5.0012851

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