氫氣被視為未來重要的能源來源，將推動從飛機、重型車輛到汽車及家庭等多個領域的發展。然而，氫氣在使用過程中會對金屬造成一些問題，例如使金屬變脆，導致意外的裂紋和故障。為了更深入了解氫氣對不銹鋼的影響，牛津大學與布魯克海文國家實驗室的研究團隊進行了一項全球首個實驗，利用實時三維成像技術觀察不銹鋼內部微小缺陷在氫氣環境下的行為。這一發現有助於開發更安全、更可靠的氫燃料系統，適用於飛機、核聚變反應堆、管道和儲存罐等應用。
研究團隊實時觀察了不銹鋼內部微小缺陷在氫氣影響下的行為。根據布魯克海文國家實驗室的首席研究員大衛·楊（Dr. David Yang）的說法，氫氣作為一種清潔能源載體，潛力巨大，但卻以使接觸材料變得更脆著稱。「我們首次直接觀察到氫氣如何改變不銹鋼內部缺陷的行為，這對設計能在極端環境中更具韌性的合金至關重要，包括未來的氫動力飛機和核聚變電廠。」他補充道。
研究團隊採用了先進的X射線成像技術，氫氣被認為是航運和航空等難以脫碳行業的理想清潔燃料。然而，氫脆現象會危害金屬組件的完整性，比如高壓容器和管道。在一項獨特的實驗中，研究人員使用美國高能光源的超亮X射線束，觀察了直徑約700納米的不銹鋼微粒。通過布拉格相干衍射成像技術，他們實時跟蹤氫氣引入後內部缺陷的行為。
該團隊觀察到三個關鍵變化。首先，氫氣使缺陷（位錯）更容易移動和重塑，猶如在原子層面上的「潤滑劑」。其次，他們發現這些缺陷出現了意外的向上運動（爬升），這表明氫氣允許在室溫下不常見的原子重排，使金屬變得不那麼堅硬，變得更脆弱。最後，隨著氫氣的積累，它減少了缺陷周圍的應力，這一過程被團隊稱為氫彈性屏蔽，實質上使金屬在內部受到削弱。
研究團隊表示，氫氣導致金屬意外失效的原因在於，這種氣體使內部缺陷能更輕易地移動和以新方式運作。牛津大學的研究負責人費利克斯·霍夫曼（Prof. Felix Hofmann）指出：「利用相干X射線衍射這一非破壞性方法，我們能在不打開樣本的情況下，實時觀察固體金屬內部的原子級事件。」他補充道，部分結果令他們感到驚訝，顯示出意想不到的行為。
這項研究將幫助工程師對氫氣豐富環境中材料的性能進行建模和預測。研究結果將用於改善行業內部開發氫動力飛機、車輛和基礎設施所依賴的多尺度模擬框架，並為開發專門設計以抵抗氫脆的全新合金鋪平道路。這些發現不僅補充了電子顯微鏡和模擬數據，還將用於開發行業模型，並計劃未來實驗，以研究氫氣對其他缺陷的影響。該研究已發表在《先進材料》期刊上。
