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，因為它的表面會自然形成一層致密而堅硬的氧化鋁保護(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，氧化膜保護(hù)層便會脫落，最終導(dǎo)致材料失效。盡管此前各國研究人員進(jìn)行了大量研究，但對其原子尺度的機理一直不甚明了。
西安交通大學(xué)金屬材料強度國家重點實驗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”。這些鋁原子也會在氧化物和金屬鋁的界面上自由運動，并在金屬鋁的一側(cè)形成很多微小的坑。隨著坑的不斷“長大”，氫原子會有足夠的空間重新結(jié)合形成氫分子并對氧化膜產(chǎn)生壓力。當(dāng)坑的直徑大到某一臨界尺寸時，氧化膜就會被撐得發(fā)生塑性變形，并向外鼓出，形成氣泡。
據(jù)了解，此項研究中，科研人員一改以往楔形的樣品設(shè)計，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態(tài)演化過程，以令人信服的證據(jù)無可爭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：“這項發(fā)現(xiàn)對很多與氫有關(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）