快訊：我國首次建立金屬中納米孔洞俘獲氫定量預測模型

。該成果日前發(fā)表在《自然·材料》雜志上。

氫極易鉆進金屬材料的內(nèi)部

，導致材料損傷。例如，在磁約束核聚變反應堆的核心部位，燃料氫同位素極易滲透進保護其他部件的鎢金屬裝甲，與中子輻照產(chǎn)生的納米孔洞結(jié)合，從而形成氫氣泡并產(chǎn)生裂紋，最終對材料的結(jié)構(gòu)和服役性能造成致命損傷，危及聚變裝置的安全。

為攻克上述難題

，研究人員采用基于密度泛函理論的模擬方法，在原子尺度上獲得了精確的氫與納米孔洞相互作用數(shù)據(jù)，并結(jié)合多尺度模擬方法，進行宏觀尺度模擬，從而與實驗結(jié)果進行對比驗證。針對氫在不光滑納米孔洞內(nèi)壁上吸附問題，他們以體心立方金屬鎢為例，通過分析氫的運動軌跡，發(fā)現(xiàn)氫總是以單原子形式有次序地吸附在一些特定位置上，氫在復雜的孔洞內(nèi)壁吸附規(guī)律可概括為五類吸附位點及相應的五個吸附能級，從而準確描述氫在不光滑納米孔洞內(nèi)壁上的吸附特性。

基于上述規(guī)律

，研究人員建立了一個普適的定量模型：內(nèi)壁上氫的能量取決于吸附點的類型以及內(nèi)壁上氫的面密度，而芯部氫的能量則由氫的體密度決定