《Nature》子刊：冷凍原子探針技術助力氫能材料研究

悉尼大學Julie Cairney團隊在《Nature Reviews Clean Technology》發表專題文章：冷凍原子探針技術助力氫能材料研究

近日，悉尼大學（The University of Sydney）澳大利亞顯微分析中心（Australian Centre for Microscopy and Microanalysis, ACMM）的Julie Cairney教授團隊在《Nature Reviews Clean Technology》發表專題文章《Cryogenic atom probe tomography for mapping materials》，系統介紹了團隊近年來發展的冷凍原子探針技術（Cryogenic Atom Probe Tomography, Cryo-APT）及其在氫能材料研究中的應用進展。

文章鏈接：

https://www.nature.com/articles/s44359-026-00182-1

聚焦氫能時代的重要挑戰

隨著全球能源結構向低碳化轉型，氫能被視為未來最具潛力的清潔能源之一。然而，氫原子進入金屬后可能引發“氫脆”現象，導致材料強度和韌性急劇下降，從而影響氫氣儲運設備和基礎設施的安全性[1]。如何直接觀察氫在材料內部的真實分布，以及揭示氫與材料微觀結構之間的相互作用而導致氫脆的機制，長期以來一直是國際材料科學領域的重要挑戰[2]。

Cryo-APT：實現氫原子的直接觀察

針對這一難題，悉尼大學Julie團隊發展了一套完整的冷凍原子探針分析流程（Cryo-APT）[3, 4]。該技術結合低溫制樣、低溫轉移和三維原子探針分析，能夠在氫擴散和逸出之前將其“凍結”在材料內部，實現對氫及其同位素氘的納米尺度三維表征。相比傳統方法，Cryo-APT能夠更真實地保留材料中的氫分布狀態，從而揭示氫與材料內部微觀缺陷之間的相互作用。

推動抗氫脆材料設計

近年來，在 Julie Cairney 教授和 Eason Chen 教授（現任職于新加坡南洋理工大學）的指導下，該團隊利用Cryo-APT技術成功觀察了氫在多種工程合金關鍵微觀結構中的分布行為，包括空位、位錯、晶界和第二相顆粒等重要缺陷結構[3, 5]。這些研究成果為理解氫脆機理、識別有效氫陷阱以及設計新一代抗氫脆材料提供了重要科學依據[6, 7]，也為未來氫能基礎設施材料開發提供了新的研究思路。

從氫能走向更廣泛的應用領域

除氫能材料研究外，Cryo-APT還展現出廣闊的發展前景。對于電池材料、生物樣品以及對環境極為敏感的新型功能材料，該技術有望實現傳統表征方法難以獲得的高分辨率三維結構與化學組成分析。研究團隊相信，隨著低溫制樣與原位轉移技術的不斷發展，Cryo-APT未來將在能源材料、生物醫學和先進制造等多個領域發揮越來越重要的作用[8, 9]。

參考文獻

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[9] Z.Y. Zhou, Z.Q. Wang, R.M. Niu, P.Y. Liu, C. Huang, Y.H. Sun, X.T. Wang, H.W. Yen, J.M. Cairney, Y.S. Chen, Cryogenic atom probe tomography and its applications: a review, Microstructures 3(4) (2023) 2023043.

本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。

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