Використовувати звичайні рентгенівські промені та лазери для виявлення атомного стану водню досить складно, враховуючи його невеликий розмір. Група дослідників з Університету Тохоку, можливо, подолала цей бар’єр, представивши нову техніку візуалізації, яка використовує оптичний мікроскоп і поліанілін, щоб намалювати кращу картину того, як водень поводиться в металах.
Група створила простий і недорогий засіб візуалізації атомного стану водню.
Подробиці їхнього прориву були опубліковані в журналі Acta Materialia.
Водень або дигідроген не містить вуглекислого газу, і його вже давно рекламують як джерело палива для чистої енергії. Одначе, перехід суспільства до водневої енергетики вимагає подолання деяких важливих технічних проблем.
Зараз дослідники зосереджуються на кращих аналітичних і візуалізаційних методах, які можуть включати високу просторову та часову роздільну здатність одночасно.
Хіроші Какінума, доцент Університету Тохоку, і його співавтори розробили нову техніку візуалізації, використовуючи оптичний мікроскоп і шар поліаніліну.
Какінума зазначив: «Коли колір шару поліаніліну реагує з атомним станом водню в металах, він змінює кольори, що дозволяє нам аналізувати потік атомів водню на основі розподілу кольору шару поліаніліну. Крім того, оптичні мікроскопи можуть спостерігати зображення субміліметрового масштабу з мікромасштабною просторовою роздільною здатністю в реальному часі, таким чином фіксуючи поведінку водню з безпрецедентно високою просторовою та часовою роздільною здатністю».
Завдяки цьому методу дослідники успішно зняли потік атомів водню в чистому нікелі (Ni). Колір поліаніліну змінився з фіолетового на білий при взаємодії з атомами водню в металі.
Візуалізація in situ показала, що атоми водню в чистому Ni переважно дифундують через межі зерен у невпорядкованих атомах Ni. Крім того, група виявила, що дифузія водню залежить від геометричної структури меж зерен: потік водню зростав на межах зерен із великими геометричними просторами.
Ці результати експериментально прояснили взаємозв’язок між атомною структурою чистого Ni та поведінкою дифузії водню.
Цей підхід також має більш широке застосування. Він може бути застосований до інших металів і сплавів, таких як сталі та алюмінієві сплави, і суттєво полегшує з’ясування мікроскопічних взаємодій між воднем і матеріалом, які можна додатково досліджувати за допомогою моделювання.
«Розуміння поведінки водню, пов’язаної з атомною структурою сплавів, уможливить ефективне проєктування сплавів, що значно прискорить розробку високофункціональних матеріалів і наблизить нас на один крок до суспільства, заснованого на водневій енергії», – додав Какінума.
Це найкраща новина для ентузіастів водню. Поки що досягнуто незначного прогресу в утриманні найменшого атома під контролем. Лише гравітація має помітний вплив на газові гіганти та зірки. На землі вільний водень має тенденцію витікати в космос.
Джерело: oilprice
