مواد و ساخت پیشرفته

گروهی از محققان ابزار ساده و ارزانی برای تجسم حالت اتمی هیدروژن ایجاد کرده‌اند و جزئیات پیشرفت آنها در مجله Acta Materialia منتشر شده است. هیدروژن عاری از دی‌اکسید‌کربن است و مدتهاست که به عنوان منبع انرژی پاک معرفی شده است؛ با این حال چرخش جامعه به سمت انرژی هیدروژنی مستلزم غلبه بر برخی مسائل فنی مهم است. به علاوه مواد ساختاری و عملکردی که هیدروژن را تولید، ذخیره و حمل و نقل و حفظ کنند مورد نیاز است.

به منظور توسعه مواد پیشرفته برای کاربردهای مرتبط با هیدروژن، درک اساسی از نحوه رفتار هیدروژن در آلیاژها بسیار مهم است. با این حال، فناوری فعلی در این زمینه عملکرد مناسبی ندارد. تشخیص هیدروژن حالت اتمی – کوچک‌ترین اتم در جهان - با اشعه ایکس یا لیزر به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد آن چالش‌برانگیز است. محققان در حال حاضر بر روی تکنیک‌های تحلیلی و تجسمی بهتری تمرکز دارند که می‌تواند وضوح‌های مکانی و زمانی بالا را به طور هم‌زمان ترکیب نماید.

هیروشی کاکینوما استادیار دانشگاه توهوکو و همکارانش یک تکنیک تجسم جدید را با استفاده از میکروسکوپ نوری و لایه پلی آنیلین توسعه دادند. او می‌گوید: زمانیکه رنگ لایه پلی‌آنیلین با هیدروژن حالت اتمی در فلزات واکنش می‌دهد، موجب تغییر رنگ می‌گردد و به ما امکان می‌دهد جریان اتم‌های هیدروژن را بر‌اساس توزیع رنگ لایه پلی‌آنیلین تجزیه و تحلیل کنیم. علاوه بر این، میکروسکوپ‌های نوری می‌توانند نمای زیر میلی‌متری را با وضوح فضایی در مقیاس میکرو در زمان واقعی نمایش دهند، در نتیجه رفتار هیدروژن را با وضوح مکانی و زمانی بالا بی‌سابقه به تصویر می‌کشند.

به لطف این روش، محققان با موفقیت از جریان اتم‌های هیدروژن در نیکل خالص فیلم‌برداری کردند. رنگ پلی‌آنیلین هنگام واکنش با اتم‌های هیدروژن در یک فلز از بنفش به سفید تغییر کرد. تجسم درجا نشان داد که اتم‌های هیدروژن در نیکل خالص ترجیحاً از طریق مرزهای دانه در اتم‌های نیکل بی‌نظم پخش می‌شوند. به علاوه آنها دریافتند که انتشار هیدروژن به ساختار هندسی مرزهای دانه بستگی دارد: جریان هیدروژن در مرزهای دانه با فضاهای هندسی بزرگ رشد دارد. این نتایج به طور تجربی رابطه بین ساختار مقیاس اتمی نیکل خالص و رفتار انتشار هیدروژن را روشن کرد.

این رویکرد کاربردهای گسترده‌تری نیز دارد. مثلا می‌توان آن را برای فلزات و آلیاژهای دیگر مانند فولادها و آلیاژهای آلومینیوم به کار برد و به طور چشمگیری شفافیت در مورد برهمکنش‌های میکروسکوپی هیدروژن-مواد را تسهیل می‌کند، که می‌تواند از طریق شبیه‌سازی بیشتر مورد بررسی قرار گیرد.

کاکینوما می‌افزاید: درک رفتارهای هیدروژن مرتبط با ساختار مقیاس اتمی آلیاژها، طراحی آلیاژ کارآمد را ممکن می‌سازد، که به طور چشمگیری توسعه مواد بسیار کاربردی را سرعت می‌بخشد و ما را یک قدم به جامعه مبتنی بر انرژی هیدروژن نزدیک‌تر می‌‌نماید.

 منبع خبر