Pesquisadores de coesão desvendam o mistério dos efeitos do hidrogênio nos materiais
p Fig. 1. Distribuição total de hidrogênio no aço após carga de deformação de tração de 3% correspondente à pressão de hidrogênio de (a) 1 bar, (b) 100 bar, (c) 200 bar e (d) 1000 bar. Crédito:Delft University of Technology
p O hidrogênio é considerado um importante transportador de energia com potencial para remodelar o cenário energético no futuro. A distribuição de grandes quantidades de hidrogênio requer tubulações de aço seguras. Dutos de aço podem se tornar quebradiços devido ao hidrogênio e, portanto, podem quebrar. Fascinado por este problema urgente, Carey Walters (MTT), Othon Moultos (P&E) e Poulumi Dey (MSE) uniram forças e recorreram ao programa de coesão para trabalhar nisso juntos. p Eles colaboraram com Abdelrahman Hussein e Gagus Ketut para investigar a causa da fragilidade, e obter novos insights sobre os complexos fenômenos físicos subjacentes. Seus resultados visam melhorar o armazenamento, distribuição e usabilidade do hidrogênio. Os resultados foram publicados recentemente em acesso aberto em
Acta Materialia e a
Jornal Internacional de Energia de Hidrogênio .
p Othon Moultos, professor assistente de engenharia termodinâmica, diz, "Poulumi, Carey e eu estamos trabalhando na questão do armazenamento e distribuição de hidrogênio há algum tempo, embora em escalas diferentes. Reunindo nossa experiência em diferentes campos da tecnologia marítima, ciência de materiais e tecnologia de processo pareciam um movimento lógico. Como resultado, fomos capazes de investigar o hidrogênio e sua distribuição em um nível multi-escala, variando da atomística à macroescala. Adquirimos conhecimentos úteis sobre o armazenamento eficiente e a resistência de aços de alta resistência à fragilização por hidrogênio. Nossa pesquisa também motivou a preparação de uma nova proposta da NWO, que é apoiada por importantes interessados industriais na distribuição de hidrogênio. Este projeto de coesão está certamente lançando as bases para uma parceria mais ampla e duradoura. "
p Abdelrahman Hussein, pós-doutorado em estruturas navais e offshore, diz, "Usamos RVE e plasticidade de cristal para mostrar como as tensões micromecânicas acumulam hidrogênio nos contornos dos grãos. Também mostramos como o aumento da resistência ao escoamento resulta em uma localização mais elevada de hidrogênio, aumentando a suscetibilidade a danos. Esta estrutura virtual pode aumentar nossa compreensão da fragilização por hidrogênio e acelerar o desenvolvimento de ligas resistentes ao hidrogênio. "
p Fig. 2. Instantâneos de simulação de dinâmica molecular de concentração de tensão, quebra de vínculo, nucleação de crack e crescimento a 300 K em uma única vaga contendo folha de grafeno com a borda de vacância funcionalizada com seis átomos de hidrogênio. Os átomos de carbono e hidrogênio são coloridos de acordo com as tensões atômicas correspondentes. (a) Distribuição de tensão na folha de grafeno hidrogenado antes da quebra da ligação. As orientações dos átomos de hidrogênio são denotadas por "U" para cima, "D" para baixo e "SD" para um pouco para baixo. (b) Quebra das ligações C – C hibridizadas com sp2 perto da vacância hidrogenada. (c) Crescimento da fenda ao longo da direção y originando-se da vacância hidrogenada. (d) Descolagem sucessiva de ligações C – C hibridizadas com sp2 ao longo da direção da poltrona levando à fratura da folha de grafeno. Crédito:Delft University of Technology