금속에서 수소의 영향 관찰

MIT 뉴스 오피스 웹사이트에서 다운로드할 수 있는 이미지는 Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives 라이센스에 따라 비영리 단체, 언론 및 일반 대중에게 제공됩니다. 제공된 이미지를 크기에 맞게 자르는 것 외에는 변경할 수 없습니다. 이미지를 복제할 때는 크레디트 라인을 사용해야 합니다. 아래에 제공되지 않은 경우 이미지를 "MIT"로 표시하십시오.

이전 이미지 다음 이미지

모든 원자 중에서 두 번째로 작은 수소는 고체 금속의 결정 구조에 바로 침투할 수 있습니다.

이는 수소 연료를 금속 자체 내에 안전하게 저장하려는 노력에 있어서는 좋은 소식이지만, 수소 흡수로 인해 결국 용기의 금속 벽이 더욱 부서지기 쉬워 고장을 초래할 수 있는 원자력 발전소의 압력 용기와 같은 구조물에는 나쁜 소식입니다. 그러나 이러한 취성 과정은 수소 원자가 고체 금속 내부에서도 매우 빠르게 확산되기 때문에 관찰하기 어렵습니다.

이제 MIT 연구원들은 이 문제를 해결하는 방법을 찾아내 수소 침투 중에 금속 표면을 관찰할 수 있는 새로운 기술을 개발했습니다. 그들의 발견은 MIT 박사후 연구원 김진우와 금속학 C. Cem Tasan의 Thomas B. King 조교수가 오늘 International Journal of Hydrogen Energy에 게재한 논문에 설명되어 있습니다.

이 작업에는 참여하지 않았지만 Sandia National Laboratories의 저명한 기술 직원인 Chris San Marchi는 "확실히 멋진 도구입니다."라고 말합니다. "이 새로운 이미징 플랫폼은 수소 수송과 물질의 포획, 잠재적으로 취성 과정에서 결정학 및 미세 구조 구성 요소의 역할에 관한 몇 가지 흥미로운 질문을 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다."

수소 연료는 궁극적으로 자동차와 비행기에 사용될 수 있는 고에너지 연료이기 때문에 지구 기후 변화를 제한하기 위한 잠재적인 주요 도구로 간주됩니다. 그러나 이를 담기 위해서는 비싸고 무거운 고압 탱크가 필요합니다. 금속 자체의 결정 격자에 연료를 저장하는 것이 더 저렴하고 가볍고 안전할 수 있습니다. 하지만 먼저 수소가 금속에 들어가고 나가는 과정을 더 잘 이해해야 합니다.

Tasan은 “수소는 금속 내에서 상대적으로 높은 속도로 확산될 수 있는데, 그 이유는 금속이 너무 작기 때문입니다.”라고 Tasan은 말했습니다. "금속을 수소가 풍부한 환경에 놓으면 수소를 흡수하게 되고 이로 인해 수소 취화가 발생합니다."라고 그는 말합니다. 이는 수소 원자가 금속 결정 격자의 특정 부분에서 분리되어 화학 결합을 약화시키는 경향이 있기 때문입니다.

취성 과정을 관찰하는 새로운 방법은 취성이 어떻게 촉발되는지를 밝히는 데 도움이 될 수 있으며, 취성에 덜 취약한 합금을 설계하여 공정을 늦추거나 방지하는 방법을 제안할 수도 있습니다.

Sandia의 San Marchi는 "이 방법은 다른 기술 및 시뮬레이션과 협력하여 수소 취성을 초래하는 수소 결함 상호 작용을 밝히는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 수소 취화 메커니즘에 대한 보다 포괄적인 이해를 통해 재료 및 미세 구조를 이해할 수 있습니다. 극한의 수소 환경에서 성능을 향상시키도록 설계되었습니다."

새로운 모니터링 프로세스의 핵심은 주사전자현미경(SEM)의 진공 챔버 내부에서 금속 표면을 수소 환경에 노출시키는 방법을 고안하는 것이었습니다. SEM이 작동하려면 진공이 필요하기 때문에 수소 가스는 기기 내부의 금속에 충전될 수 없으며, 사전 충전된 경우 가스가 빠르게 확산됩니다. 대신, 연구진은 잘 밀봉된 챔버에 담을 수 있는 액체 전해질을 사용했으며, 얇은 금속 시트의 아래쪽에 노출되었습니다. 금속의 상단이 SEM 전자빔에 노출되면 금속의 구조를 조사하고 금속으로 이동하는 수소 원자의 영향을 관찰할 수 있습니다.