Un gruppo di ricercatori ha creato un mezzo semplice ed economico per visualizzare lo stato atomico dell'idrogeno. I dettagli della loro svolta sono pubblicati sulla rivista Acta Materialia .
L’idrogeno non contiene anidride carbonica ed è stato a lungo pubblicizzato come una fonte di energia pulita. Tuttavia, spostare la società verso l’energia dell’idrogeno richiede il superamento di alcuni importanti problemi tecnici. Sono necessari materiali strutturali e funzionali che producano, immagazzinino, trasportino e preservino l'idrogeno.
Per sviluppare materiali avanzati per applicazioni legate all’idrogeno, è fondamentale comprendere a fondo il comportamento dell’idrogeno nelle leghe. Tuttavia, la tecnologia attuale non è all’altezza in questo settore. Rilevare l’idrogeno allo stato atomico, l’atomo più piccolo dell’universo, con i raggi X o i laser è impegnativo a causa delle sue caratteristiche uniche. I ricercatori si stanno attualmente concentrando su migliori tecniche analitiche e di visualizzazione in grado di incorporare simultaneamente risoluzioni spaziali e temporali elevate.
Hiroshi Kakinuma, assistente professore presso l'Università di Tohoku, e i suoi coautori hanno sviluppato una nuova tecnica di visualizzazione che sfrutta un microscopio ottico e uno strato di polianilina.
"Quando il colore dello strato di polianilina reagisce con l'idrogeno allo stato atomico nei metalli, cambia colore, permettendoci di analizzare il flusso di atomi di idrogeno in base alla distribuzione del colore dello strato di polianilina", afferma Kakinuma.
"Inoltre, i microscopi ottici possono osservare la vista su scala submillimetrica con risoluzione spaziale su scala microscopica in tempo reale, catturando così il comportamento dell'idrogeno con risoluzioni spaziali e temporali elevate senza precedenti."
Grazie a questo metodo, i ricercatori sono riusciti a filmare il flusso di atomi di idrogeno nel nichel puro (Ni). Il colore della polianilina cambiava dal viola al bianco quando reagiva con gli atomi di idrogeno in un metallo. La visualizzazione in situ ha rivelato che gli atomi di idrogeno nel Ni puro si diffondono preferenzialmente attraverso i confini dei grani negli atomi di Ni disordinati.
Inoltre, il gruppo ha scoperto che la diffusione dell’idrogeno dipendeva dalla struttura geometrica dei bordi dei grani:il flusso di idrogeno cresceva ai bordi dei grani con ampi spazi geometrici. Questi risultati hanno chiarito sperimentalmente la relazione tra la struttura su scala atomica del Ni puro e il comportamento di diffusione dell'idrogeno.
L’approccio ha anche applicazioni più ampie. Può essere applicato ad altri metalli e leghe, come acciai e leghe di alluminio, e facilita drasticamente la spiegazione delle interazioni microscopiche idrogeno-materiale, che potrebbero essere ulteriormente studiate attraverso simulazioni.
"Comprendere i comportamenti dell'idrogeno legati alla struttura su scala atomica delle leghe consentirà una progettazione efficiente delle leghe, che accelererà notevolmente lo sviluppo di materiali altamente funzionali e ci farà fare un passo avanti verso una società basata sull'energia dell'idrogeno", aggiunge Kakinuma.
Ulteriori informazioni: Hiroshi Kakinuma et al, Visualizzazione in situ della diffusione dell'idrogeno dipendente dal disorientamento ai bordi dei grani di Ni policristallino puro utilizzando un sistema di imaging video dell'idrogeno, Acta Materialia (2023). DOI:10.1016/j.actamat.2023.119536
Informazioni sul giornale: Acta Materialia
Fornito dall'Università di Tohoku
