El hidrógeno, el segundo más pequeño de todos los átomos, puede penetrar directamente en la estructura cristalina de un metal sólido.
Esa es una buena noticia para los esfuerzos por almacenar combustible de hidrógeno de manera segura dentro del metal, pero es una mala noticia para estructuras como los recipientes a presión en plantas nucleares, donde la absorción de hidrógeno eventualmente hace que las paredes de metal del recipiente sean más frágiles, lo que puede conducir a la falla.Pero este proceso de fragilidad es difícil de observar porque los átomos de hidrógeno se difunden muy rápido, incluso dentro del metal sólido.
Ahora, los investigadores del MIT han descubierto una forma de evitar ese problema, creando una nueva técnica que permite la observación de una superficie metálica durante la penetración del hidrógeno. Sus hallazgos se describen en un artículo que aparece hoy en el Revista Internacional de Energía de Hidrógeno , por el postdoc MIT Jinwoo Kim y Thomas B. King Profesor Asistente de Metalurgia C. Cem Tasan.
El combustible de hidrógeno se considera una herramienta potencialmente importante para limitar el cambio climático global porque es un combustible de alta energía que eventualmente podría usarse en automóviles y aviones. Sin embargo, se necesitan tanques caros y pesados de alta presión para contenerlo.el combustible en la red cristalina del metal en sí mismo podría ser más barato, más ligero y más seguro, pero primero debe entenderse mejor el proceso de cómo el hidrógeno entra y sale del metal.
"El hidrógeno puede difundirse a velocidades relativamente altas en el metal, porque es muy pequeño", dice Tasan. "Si toma un metal y lo coloca en un ambiente rico en hidrógeno, absorberá el hidrógeno y esto provocará fragilidad por hidrógeno"", dice. Esto se debe a que los átomos de hidrógeno tienden a segregarse en ciertas partes de la red cristalina de metal, debilitando sus enlaces químicos.
La nueva forma de observar el proceso de fragilización a medida que sucede puede ayudar a revelar cómo se desencadena la fragilización y puede sugerir formas de ralentizar el proceso o de evitarlo diseñando aleaciones que sean menos vulnerables a la fragilización.
La clave del nuevo proceso de monitoreo fue idear una forma de exponer las superficies metálicas a un entorno de hidrógeno dentro de la cámara de vacío de un microscopio electrónico de barrido SEM. Debido a que el SEM requiere un vacío para su funcionamiento, no se puede cargar gas hidrógenoen el metal dentro del instrumento, y si está precargado, el gas se difunde rápidamente. En cambio, los investigadores usaron un electrolito líquido que podría estar contenido en una cámara bien sellada, donde está expuesto a la parte inferior de una delgada lámina de metal.La parte superior del metal está expuesta al haz de electrones SEM, que luego puede sondear la estructura del metal y observar los efectos de los átomos de hidrógeno que migran hacia él.
El hidrógeno del electrolito "se difunde hasta la parte superior" del metal, donde se pueden ver sus efectos, dice Tasan. El diseño básico de este sistema contenido también podría usarse en otros tipos de instrumentos a base de vacíopara detectar otras propiedades. "Es una configuración única. Hasta donde sabemos, el único en el mundo que puede darse cuenta de algo como esto", dice.
En sus pruebas iniciales de tres metales diferentes, dos tipos diferentes de acero inoxidable y una aleación de titanio, los investigadores ya han hecho algunos hallazgos nuevos. Por ejemplo, observaron el proceso de formación y crecimiento de una fase de hidruro a nanoescala en elaleación de titanio más comúnmente utilizada, a temperatura ambiente y en tiempo real.
Diseñar un sistema a prueba de fugas fue crucial para que el proceso funcionara. El electrolito necesario para cargar el metal con hidrógeno "es un poco peligroso para el microscopio", dice Tasan. "Si la muestra falla y el electrolito se libera al microscopio".cámara ", podría penetrar mucho en cada rincón y grieta del dispositivo y ser difícil de limpiar. Cuando llegó el momento de llevar a cabo su primer experimento en el equipo especializado y costoso, dice," estábamos emocionados, pero también realmentenervioso. Era poco probable que ocurriera un fracaso, pero siempre existe ese miedo "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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