日前，這一難題被西安交通大學(xué)單智偉教授及其課題組成員成功攻關(guān)。此項成果6月29日在線發(fā)表在世界著名期刊《自然-材料》上。單智偉教授團隊采用原位、動態(tài)的先進技術(shù)手段，在納米尺度揭示了穩(wěn)定的鋁制品在含氫環(huán)境下界面失效的反應(yīng)機理。

　　(原文鏈接http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4336.html)

　　這項科研成果主要依賴的科研工具是日立的原位環(huán)境透射電鏡H-9500，原位環(huán)境透射電子顯微鏡是研究不同外界環(huán)境對材料影響的相關(guān)研究人員不可或缺的實驗儀器。日立對原位環(huán)境電鏡的設(shè)計和應(yīng)用一直處于全球領(lǐng)先水平，原位環(huán)境透射電鏡設(shè)計有H-9500和HF3300兩個型號。目前，國內(nèi)配備有日立H-9500的單位有浙江大學(xué)電子顯微鏡中心、西安交通大學(xué)微納尺度材料行為研究中心。區(qū)別于市場上其他原位環(huán)境電鏡，H-9500和HF3300除可以使用特定的原位樣品桿(如加熱樣品桿、通氣樣品桿等)對納米材料進行原位觀測和分析，H-9500和HF3300還可以在電子槍仍保持較高真空度的情況下，在鏡筒內(nèi)通入無腐蝕性的氣體，在更接近常壓的氣氛環(huán)境中對材料進行各種性能測試，實驗重現(xiàn)性較好，因此研究結(jié)果更為準確可靠。

那么，西安交大單智偉教授團隊是如何攻破這一難關(guān)的呢？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膜，俗稱“剛玉”。但在含氫環(huán)境中，鋁制品常常會在表面鼓出氣泡，最終導(dǎo)致氧化膜保護層脫落，乃至材料失效。這一現(xiàn)象，被稱為“氫鼓泡”。

　　單智偉教授團隊發(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，從而使一部分鋁原子“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，氫原子擁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。而氣泡密度足夠大時，氧化膜保護層便會脫落，最終導(dǎo)致材料失效。

　　這個重要發(fā)現(xiàn)意義非凡。傳統(tǒng)的表面鼓泡理論只能解釋氣泡的生長，對于氣泡的形核則缺乏理論及實驗證據(jù)，西安交大單智偉教授團隊的這一研究發(fā)現(xiàn)填補了氫致界面失效現(xiàn)象起源的實驗和理論空白。該研究成果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，在石化、海洋、核、航空航天及半導(dǎo)體等工業(yè)領(lǐng)域有著重要的指導(dǎo)意義。

　　祝賀西安交大單智偉教授團隊取得如何傲人的科研成就，也希望日立電鏡能夠一如既往地為廣大科研工作者提供科學(xué)的解決方案，在科學(xué)道路上貢獻一份力量。

公司簡介： 

　　天美（控股）有限公司（“天美（控股）”）從事表面科學(xué)、分析儀器、生命科學(xué)設(shè)備及實驗室儀器的設(shè)計、開發(fā)和制造及分銷；為科研、教育、檢測及生產(chǎn)提供完整可靠的解決方案。繼2004年於新加坡SGX主板上市后，2011年12月21日天美（控股）又在香港聯(lián)交所主板上市（香港股票代碼1298），成為中國分析儀器行業(yè)第一家在國際主要市場主板上市的公司。近年來天美（控股）積極拓展國際市場，先后在新加坡、印度、澳門、印尼、泰國、越南、美國、英國、法國、德國、瑞士等多個國家設(shè)立分支機構(gòu)。公司亦先后收購了法國Froilabo公司、瑞士Precisa公司、美國IXRF公司、英國Edinburgh Instruments公司等多家海外知名生產(chǎn)企業(yè)和布魯克公司Scion氣相和氣質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)線，加強了公司產(chǎn)品的多樣化。