氢是所有原子中最小的氢，可以直接渗透到固体金属的晶体结构中。
对于将氢燃料安全地储存在金属本身内的努力来说，这是个好消息，但对于核电厂压力容器等结构来说，这是个坏消息，因为氢吸收最终会使容器的金属壁更脆，从而导致失效。但是这种脆化过程很难观察到，因为氢原子甚至在固体金属内部扩散得非常快。
现在，麻省理工学院的研究人员已经找到解决这个问题的方法，创造了一种新技术，可以在氢渗透过程中观察金属表面。今天出现在国际氢能源期刊上的一篇论文中描述了他们的研究结果，麻省理工学院博士后Jinwoo Kim和Thomas B. King冶金学助理教授C. Cem Tasan。
氢燃料被认为是限制全球气候变化的潜在主要工具，因为它是一种高能燃料，最终可用于汽车和飞机。然而，需要昂贵且沉重的高压罐来容纳它。将燃料存储在金属本身的晶格中可能更便宜，更轻，更安全 - 但首先必须更好地理解氢进入和离开金属的过程。
“氢气可以以相对较高的速率在金属中扩散，因为它非常小，”Tasan说。“如果你把金属放在富含氢气的环境中，就会吸收氢气，这会导致氢脆，”他说。这是因为氢原子倾向于在金属晶格的某些部分偏析，从而削弱其化学键。
观察脆化过程的新方法可能有助于揭示脆化是如何被触发的，并且可能提出减缓过程的方法 - 或者通过设计不易脆化的合金来避免过程。
新监测过程的关键是设计一种在扫描电子显微镜(SEM)的真空室内将金属表面暴露于氢气环境的方法。由于SEM需要真空操作，氢气不能充入仪器内部的金属，如果预充电，气体会迅速扩散。相反，研究人员使用的液体电解质可以包含在密封良好的腔室中，在那里暴露在薄金属片的下面。金属的顶部暴露于SEM电子束，然后可以探测金属的结构并观察氢原子迁移到其中的影响。
塔桑说，电解质中的氢“一直扩散到金属顶部”，可以看到它的影响。该包含系统的基本设计也可用于其他类型的基于真空的仪器以检测其他性质。“这是一个独特的设置。据我们所知，世界上唯一一个可以实现这样的事情，”他说。
在他们对三种不同金属(两种不同的不锈钢和钛合金)的初步测试中，研究人员已经取得了一些新的发现。例如，他们在室温和实时观察到最常用的钛合金中纳米级氢化物相的形成和生长过程。
设计防漏系统对于使该过程起作用至关重要。用氢气给金属充电所需的电解液“对于显微镜来说有点危险，”Tasan说。“如果样品失效并且电解液被释放到显微镜室中，”它可能会深入到设备的每个角落和裂缝中并且难以清除。他说，当他们在专业和昂贵的设备上进行他们的第一次实验的时候，“我们很兴奋，但也非常紧张。失败不太可能发生，但总会有这种恐惧。
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