原標(biāo)題：科學(xué)家破解氫致界面失效之謎
生活中常見的鋁制品通常穩(wěn)定耐用，因?yàn)樗谋砻鏁?huì)自然形成一層致密而堅(jiān)硬的氧化鋁保護(hù)膜（俗稱“剛玉”）。但在含氫環(huán)境中，鋁制品表面常常會(huì)鼓出氣泡，最終導(dǎo)致氧化膜保護(hù)層脫落，乃至材料失效。這一現(xiàn)象，被稱為“氫鼓泡”。而氣泡密度足夠大時(shí)，氧化膜保護(hù)層便會(huì)脫落，最終導(dǎo)致材料失效。盡管此前各國(guó)研究人員進(jìn)行了大量研究，但對(duì)其原子尺度的機(jī)理一直不甚明了。
西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微納尺度材料行為研究中心的科研人員破解了這一難題，有助于人們找到防止氫致界面失效的方法，提高材料在含氫環(huán)境中的服役壽命。此項(xiàng)成果發(fā)表在6月30日出版的《自然—材料》上。
科研人員發(fā)現(xiàn)，原來，對(duì)于“纖瘦”的氫原子而言，剛玉中的原子間隙如此之大，以至于它們可以在其中來去自如。氫原子的隨性“游走”會(huì)破壞金屬鋁和剛玉之間“手拉手”的緊密聯(lián)系，從而使部分鋁原子“重獲自由”。這些鋁原子也會(huì)在氧化物和金屬鋁的界面上自由運(yùn)動(dòng)，并在金屬鋁的一側(cè)形成很多微小的坑。隨著坑的不斷“長(zhǎng)大”，氫原子會(huì)有足夠的空間重新結(jié)合形成氫分子并對(duì)氧化膜產(chǎn)生壓力。當(dāng)坑的直徑大到某一臨界尺寸時(shí)，氧化膜就會(huì)被撐得發(fā)生塑性變形，并向外鼓出，形成氣泡。
據(jù)了解，此項(xiàng)研究中，科研人員一改以往楔形的樣品設(shè)計(jì)，采用微納尺度的金屬鋁圓柱體，通過環(huán)境透射電子顯微鏡觀察氫氣氛圍下金屬和氧化界面的動(dòng)態(tài)演化過程，以令人信服的證據(jù)無可爭(zhēng)辯地證明了氫致表面氧化物鼓泡的晶向依賴性。
該中心主任單智偉告訴記者：“這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)對(duì)很多與氫有關(guān)的未解之謎都有重要的啟示，比如半導(dǎo)體芯片中的導(dǎo)線基底界面劣化等。”（通訊員程洪莉 記者張行勇）