当“安静”的铝制品遇见“淘气”的氢原子，为何“肌肤”表面就会冒出“痘痘”？这一谜团已存在超过50年。

　　日前，这一难题被西安交通大学单智伟教授及其课题组成员成功攻关。此项成果6月29日在线发表在世界著名期刊《自然-材料》上。单智伟教授团队采用原位、动态的先进技术手段，在纳米尺度揭示了稳定的铝制品在含氢环境下界面失效的反应机理。

　　　这项科研成果主要依赖的科研工具是日立的原位环境透射电镜H-9500，原位环境透射电子显微镜是研究不同外界环境对材料影响的相关研究人员不可或缺的实验仪器。日立对原位环境电镜的设计和应用一直处于全球领先水平，原位环境透射电镜设计有H-9500和HF3300两个型号。目前，国内配备有日立H-9500的单位有浙江大学电子显微镜中心、西安交通大学微纳尺度材料行为研究中心。区别于市场上其他原位环境电镜，H-9500和HF3300除可以使用特定的原位样品杆(如加热样品杆、通气样品杆等)对纳米材料进行原位观测和分析，H-9500和HF3300还可以在电子枪仍保持较高真空度的情况下，在镜筒内通入无腐蚀性的气体，在更接近常压的气氛环境中对材料进行各种性能测试，实验重现性较好，因此研究结果更为准确可靠。

那么，西安交大单智伟教授团队是如何攻破这一难关的呢？生活中常见的铝制品通常稳定耐用，因为它的表面会自然形成一层致密而坚硬的氧化铝保护膜，俗称“刚玉”。但在含氢环境中，铝制品常常会在表面鼓出气泡，最终导致氧化膜保护层脱落，乃至材料失效。这一现象，被称为“氢鼓泡”。

　　单智伟教授团队发现，原来，对于“纤瘦”的氢原子而言，刚玉中的原子间隙如此之大，以至于它们可以在其中来去自如。氢原子的随性“游走”会破坏金属铝和刚玉之间“手拉手”的紧密联系，从而使一部分铝原子“重获自由”。这些铝原子也会在氧化物和金属铝的界面上自由运动，并在金属铝的一侧形成很多微小的坑。随着坑的不断长大，氢原子拥有足够的空间重新结合形成氢分子并对氧化膜产生压力。当坑的直径大到某一临界尺寸时，氧化膜就会被撑得发生塑性变形，并向外鼓出形成气泡。而气泡密度足够大时，氧化膜保护层便会脱落，最终导致材料失效。

　　这个重要发现意义非凡。传统的表面鼓泡理论只能解释气泡的生长，对于气泡的形核则缺乏理论及实验证据，西安交大单智伟教授团队的这一研究发现填补了氢致界面失效现象起源的实验和理论空白。该研究成果有助于人们找到防止氢致界面失效的方法，提高材料在含氢环境中的服役寿命，在石化、海洋、核、航空航天及半导体等工业领域有着重要的指导意义。