AZ 
Hidrogeni hərəkətdə tutmaq: Zamanla udma prosesini izləmək
Laura Guasco, Science X tərəfindən
Lisa Lock tərəfindən redaktə edilib , Andrew Zinin tərəfindən nəzərdən keçirilib
Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin
Yerində neytron və rentgen səpilmə metodlarının kombinasiyası ilə nazik təbəqələrdə zamanla həll edilmiş hidrogen daxilolma mexanizmləri. Mənbə: MPI FKF
Əgər elementar xəritədə hidrogen axtarırsınızsa, onu tapmaq çox vaxt aparmayacaq. O, elə başlanğıcdadır, mümkün olan ən yüngül materialdır. Bir elektron, bir proton, bir neytron. Sadə, minimalist, elementar xəritədəki Mari Kondo kimi, lakin mümkün texnoloji tətbiqlər baxımından böyük potensiala malikdir.
Hər birimiz üçün çox maraqlı bir nümunə var: Gəlin gündüz səmasına baxaq.
Əgər günəşi bir soba kimi düşünsək, hidrogen atomları kömür külçələridir.
Günəşin cazibə qüvvəsi hidrogen atomlarını o qədər şiddətlə bir-birinə itələyir ki, onlar birləşərək inanılmaz miqdarda enerji (nüvə birləşməsi) yaradır və bu enerji şüalanır (qismən də görünən işıq vasitəsilə), Yerə səyahət edir, bu planetdə həyata imkan verir və isti yay günündə çimərlikdə soyuq içki içməyə imkan verir (yeri gəlmişkən, tərkibində hidrogen də var).
Nüvə sintezi reaktorları bu gün təbii olaraq böyük maraq doğurur. Onlar təmiz və bərpa olunan enerji mənbəyi təmin edərdilər – bu günlərdə böyük bir məsələdir – və hidrogen atomlarının digər materiallarla, məsələn, nüvə reaktorlarının metal komponentləri ilə necə qarşılıqlı təsir göstərdiyi barədə tam məlumat əldə etmək çox vacibdir.
Bu, əsas bir nümunədir, lakin “Hidrogen qarşılıqlı təsir göstərdiyi materialların struktur və elektrik xüsusiyyətlərini necə dəyişdirir?” sualı hidrogenin istehsalı və saxlanması üçün digər vacib texnologiyalara gəldikdə də vacibdir. Hidrogen atomları zəhərli və ya istixana işlənmiş qazları istehsal etmədən yanıb itələyici güc yarada bilər.
Bizim tədqiqatımız
Bu, məni və əməkdaşlarımı bu mövzu üzərində işləməyə sövq etdi.
İllər ərzində əsas suallarımız bunlar olub: Hidrogen atomlarının ətraf mühitlə qarşılıqlı təsirini necə izləyə bilərik? Hidrogenin nüfuz etməsi və udulması materialın struktur xüsusiyyətlərini necə dəyişir?
Bunun ümumi narahatlıq doğurub-tutmadığından əmin deyiləm, amma hidrogen əsaslı avtomobil mühərrikimin sıradan çıxmasını istəməzdim, çünki bu sual hələ də aydınlaşdırılmayıb.
Əlbəttə ki, bu sualı verən ilk biz deyildik. Bu sahə artıq elmi ictimaiyyətdə bir çox insanın marağına səbəb olub və hidrogenin udulmasını araşdırmaq üçün istifadə edilən eksperimental üsulların nə qədər ixtiraçı olması məni həmişə valeh edib.
Ən yaxşı tərəfi odur ki, hər şey oyundan geri qalmayan bir şeyə bağlıdır.
Hidrogen məsələsində oyun “iki şəkil arasındakı yeddi fərqi tapın” oyununa bənzəyir.
Materialdakı atomlar, hissəciklərin materialdan hərəkətinə mane olan bir növ divar olan səpələnmə potensialı yaradır. Əgər hidrogen materiala nüfuz etməyə başlayırsa, boşluqlar və dislokasiyalar yaradırsa, bu, qaçılmaz olaraq səpələnmə potensialını dəyişdirir.
Bir materialdakı hidrogen konsentrasiyasını təyin etmək üçün adətən istifadə edilən üsula Neytron Reflektometriyası (əgər dostunuzsa, NR) deyilir. Nümunəni neytron şüası ilə parıldadır və əks olunan intensivliyi ölçürsünüz. Çəkin və təhlil edin, bu qədər sadədir.
Nümunənizin əks etdirmə qabiliyyəti sizə səpələnmə potensialının gücündən xəbər verir. Bu, tapmaca kitabımızın solundakı ilk şəkildir. İndi hidrogen materiala nüfuz etməyə başlayır və siz təcrübəni yenidən həyata keçirirsiniz. Əks olunan neytron şüasının intensivliyi dəyişir. Bu, sağdakı şəkilimizdir və bizə qalan tək şey iki şəkli müqayisə etməkdir.
Bu texnika artıq geniş istifadə olunur, lakin onun bir əsas məhdudiyyəti var. Məlumatların əldə edilməsi o qədər uzun çəkir ki, hidrogen materiala nüfuz edərkən və onun xüsusiyyətlərini dəyişdirərkən zamanla nə baş verdiyinin ortalamasını görürük.
Heç çox uzun bir ekspozisiya ilə şəkil çəkmisinizmi? Buradakı nəticə oxşardır: hidrogenin udma prosesinin yuyulmuş vaxt ortalaması.
Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və gündəlik və ya həftəlik olaraq vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında yeniliklər əldə edin .
Absorbsiyaya dair bulanıq bir mənzərə
Həmkarlarımla özümüzə verdiyimiz sual bu idi: Hidrogenin udulması proseslərini real vaxt rejimində necə izləyə bilərik? Kaş ki, məsələni müzakirə etdiyimiz anda pişiyim qonaq otağına girdi və həmkarlarımdan biri onunla lazer göstəricisi ilə oynamağa başladı. Kaş ki, bu fikri bir lətifəyə aid edə bilsəydim, amma təəssüf ki, intellektual dürüstlük məni bunun belə olmadığını deməyə məcbur edir.
Lakin həmkarlarımla birlikdə ortaya atdığımız ideya, pişikləri dəli edən lazer göstəricisinin arxasındakı ideya qədər sadə və təsirli idi.
Düşündük: Təhlil etmək istədiyimiz materialı iki digər materialın arasına yerləşdirməklə əks olunan şüanı gücləndirsək necə olar?
Etməli olduğumuz tək şey sendviç (və ya daha dəqiq desək, rezonans kamerası) yaratmaq üçün qapaq və substrat əlavə etmək olardı.
Bu, lazerdə olduğu kimi siqnalı gücləndirən dayanıqlı bir neytron dalğası yaratmalıdır. Siqnalın gücləndirilməsi həm də neytron detektorumuz üçün əvvəlki kimi uzun bir “ifşa müddətinə” ehtiyac duymadığımız deməkdir. Bu, tam olaraq istifadə etdiyimiz protokoldur və indi bu texnika Rezonans Neytron Reflektometriyası adlanır (yenə də dostunuzsa, RNR).
Üstünlüyü? Bu hiylə təhlil üçün vaxt həssaslığını iki saatdan bir neçə saniyəyə endirir.
Bəs tam mənzərəni necə əldə edə bilərik? Bunun baş verməsi üçün alətlər qutumuzdan digər əşyaları da çıxarmalı idik. Söhbət XRR açarından (Rentgen əks etdirmə) və müqavimət ölçmələrindən gedir.
XRR materialın struktur dəyişikliklərini izləməyə xidmət edirdi, müqavimət ölçmələri isə materialların metal xüsusiyyətlərinin hidrogen udma prosesi zamanı necə dəyişdiyini anlamağa imkan verdi. Bu, neytron və rentgen əks etdirmələrinin eyni vaxtda istifadə edildiyi ilk hal idi! (Bu barədə Bragg-a danışmaq istəmirik.)
Dörd mərhələ, bir kaskad
Bəs indi hamınızın soruşduğu şey: Nə gördük? Hidrogenlə nə baş verir?
Yaxşı, indi bilməyə hazırsınız.
Hər biri əvvəlkinin nəticəsi olan dörd fərqli hidrogen udma rejimini ayırd edə bildik. Tamaşaçıları nəfəssiz qoyan başgicəllənməyə səbəb olan hadisələr kaskadı.
Birincisi, hidrogen materiala dənəcik sərhədləri, boşluqlar və əvvəlcədən mövcud olan qüsurlar vasitəsilə nüfuz edir.
Bu qüsurlardan hidrogen dənəciklərə daxil olur və materialın kristal quruluşunu dəyişdirir, kristal müstəviləri arasındakı məsafənin böyük bir genişlənməsinə səbəb olur. Bu genişlənmə, filmdə böyük gərginliklərə səbəb olur və bu gərginliklər sonrakı plastik deformasiyalar və dislokasiya əmələ gəlməsi nəticəsində sərbəst buraxılır. Nəhayət, yeni qüsurların olması səbəbindən daha çox hidrogen nazik təbəqəyə müvafiq hidrid materialında əldə edilə bilən miqdarları aşan konsentrasiyalara qədər nüfuz edir.
Absorbsiya prosesinin müxtəlif mərhələlərini aydınlaşdıran və hidrogen əsaslı texnologiyalarda istifadə ediləcək materialların dizaynında faydalı ola biləcək hadisələr zənciri.
Gələcəyə ümidim odur ki, texnoloji və enerji infrastrukturumuz getdikcə hidrogen əsaslı texnologiyaların əsas aktyorlar kimi daxil edilməsini təmin edəcək və mən həmkarlarımla birlikdə yolu açmaq üçün ən azı bir daş döşənə biləcəyimizə şadam. Axı elm belə işləyir: Hər mümkün yeni ideyaya ehtiyac duyur və hər kəs töhfə verə bilər.
İşlərimiz Advanced Functional Materials jurnalında dərc olunub .
Bu hekayə , tədqiqatçıların dərc olunmuş tədqiqat məqalələrindən əldə etdikləri nəticələri bildirə biləcəyi Science X Dialog -un bir hissəsidir . Science X Dialog haqqında məlumat və necə iştirak etmək barədə məlumat üçün bu səhifəyə daxil olun .
Nəşr detalları
Laura Guasco və digərləri, Nazik Filmlərdə Hidrogen Absorbsiyasının Kinetik Rejimləri, Qabaqcıl Funksional Materiallar (2026). DOI: 10.1002/adfm.75202
Jurnal məlumatları: Qabaqcıl Funksional Materiallar
Science X tərəfindən təmin edilib
