悉尼大學(xué)Julie Cairney團隊在《Nature Reviews Clean Technology》發(fā)表專題文章：冷凍原子探針技術(shù)助力氫能材料研究

近日，悉尼大學(xué)（The University of Sydney）澳大利亞顯微分析中心（Australian Centre for Microscopy and Microanalysis, ACMM）的Julie Cairney教授團隊在《Nature Reviews Clean Technology》發(fā)表專題文章《Cryogenic atom probe tomography for mapping materials》，系統(tǒng)介紹了團隊近年來發(fā)展的冷凍原子探針技術(shù)（Cryogenic Atom Probe Tomography, Cryo-APT）及其在氫能材料研究中的應(yīng)用進展。

文章鏈接：

https://www.nature.com/articles/s44359-026-00182-1

聚焦氫能時代的重要挑戰(zhàn)

隨著全球能源結(jié)構(gòu)向低碳化轉(zhuǎn)型，氫能被視為未來最具潛力的清潔能源之一。然而，氫原子進入金屬后可能引發(fā)“氫脆”現(xiàn)象，導(dǎo)致材料強度和韌性急劇下降，從而影響氫氣儲運設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施的安全性[1]。如何直接觀察氫在材料內(nèi)部的真實分布，以及揭示氫與材料微觀結(jié)構(gòu)之間的相互作用而導(dǎo)致氫脆的機制，長期以來一直是國際材料科學(xué)領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)[2]。

Cryo-APT：實現(xiàn)氫原子的直接觀察

針對這一難題，悉尼大學(xué)Julie團隊發(fā)展了一套完整的冷凍原子探針分析流程（Cryo-APT）[3, 4]。該技術(shù)結(jié)合低溫制樣、低溫轉(zhuǎn)移和三維原子探針分析，能夠在氫擴散和逸出之前將其“凍結(jié)”在材料內(nèi)部，實現(xiàn)對氫及其同位素氘的納米尺度三維表征。相比傳統(tǒng)方法，Cryo-APT能夠更真實地保留材料中的氫分布狀態(tài)，從而揭示氫與材料內(nèi)部微觀缺陷之間的相互作用。

推動抗氫脆材料設(shè)計

近年來，在 Julie Cairney 教授和 Eason Chen 教授（現(xiàn)任職于新加坡南洋理工大學(xué)）的指導(dǎo)下，該團隊利用Cryo-APT技術(shù)成功觀察了氫在多種工程合金關(guān)鍵微觀結(jié)構(gòu)中的分布行為，包括空位、位錯、晶界和第二相顆粒等重要缺陷結(jié)構(gòu)[3, 5]。這些研究成果為理解氫脆機理、識別有效氫陷阱以及設(shè)計新一代抗氫脆材料提供了重要科學(xué)依據(jù)[6, 7]，也為未來氫能基礎(chǔ)設(shè)施材料開發(fā)提供了新的研究思路。

從氫能走向更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域

除氫能材料研究外，Cryo-APT還展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。對于電池材料、生物樣品以及對環(huán)境極為敏感的新型功能材料，該技術(shù)有望實現(xiàn)傳統(tǒng)表征方法難以獲得的高分辨率三維結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成分析。研究團隊相信，隨著低溫制樣與原位轉(zhuǎn)移技術(shù)的不斷發(fā)展，Cryo-APT未來將在能源材料、生物醫(yī)學(xué)和先進制造等多個領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用[8, 9]。

參考文獻

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本文來自“材料科學(xué)與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。

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