更好的預測帶給你更少的損失

  腐蝕造成的經濟損失非常嚴重，全球可達數萬億美元計；但這個數額總有一天它會隨著新的、更好的預測金屬與水反應方法的出現而明顯縮小。

  俄勒岡州立大學和加州大學伯克利分校的研究人員們已經開發出一種新的計算方法，這種方法通過結合兩種技術進行預測，可以實現更快、成本更低和更有效地預測金屬與水反應的能力。該研究結果已經發表在《Nature Communications》上，該方法可以廣泛用于各種領域，包括橋梁、飛機引擎的設計，這兩者都是容易受到腐蝕的結構。

研究的目的

   “除了金、銀等貴金屬外，每種金屬都會與水發生反應”，俄勒岡州立大學化學教授Doug Keszler科學家說。

   “我們希望預測金屬溶解和金屬與水結合的特定反應，但不是通過實驗測定而是通過方法預測出這些反應的產物是什么，”同時兼任在俄勒岡州立大學可持續化學材料中心主任Keszler說。

  金屬與水反應的本質揭示

  Keszler指出：

  “通常我們看到金屬溶解在水中時，我們會首先設想這個金屬溶解形成了一種簡單的鹽”。

  “然而，事實上并不總是這樣。在許多情況下，它開始溶解去形成一個復雜的簇，其中包含許多金屬原子，”他又解釋道， “我們現在可以預測溶液中存在的簇的類型，因此可以進一步從計算的角度去理解金屬溶解。”

  研究人員們研究了13種元素——包括鋁、鎵、銦和鋁等元素——水相的金屬氧化物和氫氧化物，科學家們將量子力學的計算方法與一種“群加性”方法結合起來創造出了Pourbaix圖，為水溶液中金屬的溶解態提供的黃金標準。

   “我們通過應用這種新方法可以根據pH值和濃度量化地評價簇的穩定性，”研究作者俄勒岡州立大學的化學教授Paul Ha-Yeon Cheong說。

  了解這種簇是至關重要的，因為它們在化學過程中扮演重要角色，它們可以從生物礦化態變成電子應用中的溶液相-沉積薄膜。因此，描述發生腐蝕的原因源于我們首先能夠描述金屬在水中的穩定狀態。

  研究的意義重大

  Keszler說：

  “這項研究工作具有非常重要的意義，例如如果你在設計一個新的鋼橋，你想在設計過程中就計算出潛在的腐蝕情況，或如果你有一個新的金屬飛機引擎，你想要確定它是否會發生腐蝕。”

  這些例子并不只是假設。就在去年夏天，日本航空公司不得不更新所有波音787夢幻客機艦隊的100 Rolls-Royce 引擎，原因是渦輪葉片的腐蝕和開裂已經引起了一系列的引擎故障。而用于這些引擎的花銷達2000萬美元。

革命性的技術終將引起狂潮

  “大多數的Pourbaix圖是不含有這些金屬簇的，因此我們以往缺乏對金屬溶解和與水反應的理解，”研究的合作者加州大學伯克利分校材料科學教授Kristin A. Persson說，“但是，現在我們已經發現了這個快速、準確的用計算機模擬這些金屬簇的方法，這將改變我們預測金屬如何在水中發生反應的能力。”

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責任編輯：王元

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