非晶高熵氧化物纳米薄膜

阻氢提升2738倍

一种非晶态(ErAlCrZrTi)O高熵纳米薄膜，可在500°C下将钢的氢阻提升2738倍，并耐受10 dpa辐照。

Xu, Ang · Li, Mo · Zheng, Zhongyang · 严有为 · 王新云 · 李和平

Small 2025

参数信息

氢渗透率

1.35 × 10⁻¹⁵ mol m⁻¹ s⁻¹ Pa⁻⁰·⁵

相对Er₂O₃的氢阻提升

5

相对Al₂O₃的氢阻提升

11

相对Cr₂O₃的氢阻提升

26

相对ZrO₂的氢阻提升

90

结合强度

37 MPa

技术优势

氢阻提升2738倍

在500 °C下，270 nm非晶高熵氧化物薄膜的氢渗透率低至1.35×10⁻¹⁵ mol·m⁻¹·s⁻¹·Pa⁻⁰·⁵，使钢的氢阻提高2738倍，大幅降低氢渗透风险。

压过主流氧化物涂层

与Er₂O₃、Al₂O₃、Cr₂O₃、ZrO₂相比，氢阻分别高出5、11、26、90倍。非晶高熵结构通过多元素协同抑制氢扩散，优于单一氧化物。

辐照后仍高阻

即使经过10 dpa辐照，纳米薄膜仍能保持高氢阻性能，满足核聚变或空间等辐照环境下的长期使用需求。

37 MPa附着强度

纳米薄膜与钢基底之间形成Cr₂O₃过渡层，提供37 MPa结合强度，并缓解热膨胀失配，使涂层具备优异的抗热震性能。

应用场景

• 氢能储运：可涂于高压储氢罐内壁，替代传统不锈钢衬里，从源头抑制氢渗透与氢脆。
• 高强钢构件：用于高强钢紧固件或管路，防止氢致延迟断裂，避免提前失效。
• 燃料电池金属双极板：作为金属双极板表面涂层，阻隔燃料侧氢气渗透到冷却剂，同时耐腐蚀和抗辐照。
• 陶瓷阻氢涂层：以非晶高熵氧化物替代单一氧化物陶瓷涂层，在同等厚度下提供更高阻氢效率和抗热震性。