晨報(bào)訊 昨日，江淮晨報(bào)、江淮網(wǎng)記者從中科院合肥研究院固體物理研究所獲悉，該所劉長(zhǎng)松課題組吳學(xué)邦與麥吉爾大學(xué)宋俊合作，首次建立了體心立方金屬中納米孔洞氫俘獲和聚集起泡的定量預(yù)測(cè)模型。相關(guān)研究成果有望應(yīng)用于未來的“小太陽”全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的裝甲中。

氫是宇宙中最豐富的元素，也是腐蝕的典型產(chǎn)物，其極易鉆進(jìn)金屬材料的內(nèi)部，導(dǎo)致材料損傷。合肥研究院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(jìn)行宏觀尺度模擬，從而與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。針對(duì)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(yùn)動(dòng)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(fù)雜的孔洞內(nèi)壁吸附規(guī)律可概括為五類吸附位點(diǎn)及相應(yīng)的五個(gè)吸附能級(jí)，從而準(zhǔn)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(gè)普適的定量模型，推導(dǎo)出一個(gè)簡(jiǎn)單的物理公式，總結(jié)出了納米孔洞俘獲氫的基本規(guī)律，從而解決了長(zhǎng)期以來無法準(zhǔn)確描述和預(yù)測(cè)氫在納米孔洞中的結(jié)構(gòu)與能量的基本問題。

此外，該研究建立的氫與納米孔洞相互作用的定量物理模型，不僅為理解氫致金屬材料損傷提供了尋求已久的關(guān)鍵認(rèn)知，對(duì)設(shè)計(jì)新的抗氫損傷金屬材料也意義重大。相關(guān)金屬材料設(shè)計(jì)完成后，或?qū)?yīng)用在未來的“小太陽”全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的裝甲中，助力可控核聚變的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，將會(huì)在氫能源汽車以及航空航天等領(lǐng)域中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。（記者 劉暢司晨）