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我国首次建立金属中纳米孔洞俘获氢定量预测模型

2019-07-31 点击:1956
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 来源:国际在线

中国第一个在金属纳米孔中捕获氢的定量模型

合肥,7月16日:记者从中国科学院合肥研究院固体物理研究所获悉,刘长松研究所研究小组吴学邦与麦吉尔大学宋军合作建立氢捕获与聚集纳米孔首次出现在体心立方金属中。气泡的定量预测模型为理解氢致损伤和设计新的抗氢致损伤材料提供了可靠的理论基础和工具。结果发表在《自然·材料》杂志上。

氢很容易钻入金属材料内部,造成材料损坏。例如。在磁约束核聚变反应堆的核心,燃料氢同位素很容易渗透到钨金属装甲中,保护其他组分,与中子辐照产生的纳米孔结合,从而形成氢气泡并产生裂缝,最终形成材料和服务性能会造成致命的损坏并危及融合设备的安全。

为了克服上述问题,研究人员利用基于密度泛函理论的模拟方法,在原子尺度上获得氢与纳米孔之间准确的相互作用数据,并结合多尺度模拟方法进行宏观尺度模拟,从而有实验结果。比较验证。鉴于氢在非光滑纳米孔内壁上的吸附问题,它们以体心立方金属钨为例。通过分析氢的轨迹,发现氢总是被吸附在单个原子中的某些特定位置,并且氢是复杂的。孔内壁的吸附规律可归纳为五种吸附位点和五种相应的吸附水平,从而准确描述了亚光纳米孔内壁上氢的吸附特性。

基于上述规则,研究人员建立了一个通用的定量模型:内壁上的氢能量取决于吸附点的类型和内壁上氢的表面密度,而核心中氢的能量是由氢的体积密度决定。模型预测的结构和氢捕获能量与模拟结果高度一致。

该研究建立了氢与纳米孔相互作用的定量物理模型,为理解氢致金属材料的损伤提供了期待已久的关键见解。这些金属材料不仅可用于聚变反应堆的第一壁装甲,还有助于实现受控核聚变,并将在氢能车辆和航空航天领域发挥至关重要的作用。 ,看多了

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