材料的腐蝕現(xiàn)象一直是困擾著大家的問題，這些問題不僅存在于我們日常生活中，比如說鐵柵欄生銹；也存在與一些大工程中，比如說鉆井平臺在海水中的侵蝕，以及核反應堆中的結構材料在冷卻液中的腐蝕。這些腐蝕不僅影響了材料的使用性能，而且也會影響材料的安全使用壽命。科學家一直在關注著這些問題，試圖想了解腐蝕的過程和機理，以及如何通過控制腐蝕的發(fā)生。近年來，隨著科學儀器精度的不斷提高，以及計算機資源的不斷發(fā)展，這個傳統(tǒng)的行業(yè)又似乎煥發(fā)出了新的氣息，有更多的科研工作者加入了這個領域的研究，為進一步認清和解決腐蝕問題提供了更多的方法和建議。

本文主要考慮了碳化硅(SiC)包覆層在熔鹽堆中的腐蝕問題，利用從頭計算的方法（ab initio method)，從微觀的原子和電子尺度的分析了碳化硅(SiC)在熔鹽中腐蝕的動力學機理，并依據(jù)熱力學理論建立了一套計算材料在熔鹽（氟鹽）環(huán)境中標準電化學勢的方法，從而為有效評估和控制腐蝕的發(fā)生提供了一種策略。本文的詳細內容請參考（Corrosion of Si, C, and SiC in molten salt, Corrosion Science, 2018, https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.10.027).        

利用DFT的方法分析了C-terminated（左圖）和 Si-terminated（右圖）SiC(100) 表面態(tài)的電子結構信息，以及表面在熔鹽中的表面成鍵情況。從圖中可以看出C-terminated表面，熔鹽中的氟離子會傾向于和第二層的Si原子結合成離子鍵。通過比較Si-F與Si-C的成鍵強弱，我們發(fā)現(xiàn)F離子會有效地吸收Si原子周圍的電子，并使得原來的Si-C鍵的成鍵能力變弱。而對于Si-terminated表面，我們發(fā)現(xiàn)表面的自由鍵會很快地被熔鹽中的F離子中和掉，并形成了一個鈍化層。通過考慮不同時刻的有效電荷的變化，我們發(fā)現(xiàn)，在所研究的時間尺度內（~10 ps)，這種鈍化層會穩(wěn)定存在于Si-terminated表面。

對于C-terminated表面，通過ab initio molecular dynamics (AIMD)的方法，我們發(fā)現(xiàn)了一種Swapping的機制：第二層的Si原子會在F離子的作用下往表面遷移，從而會與表面的C原子發(fā)生swapping，如上圖所示。最終通過這種反應機制，SiC表面層的完整性被完全地破壞，表面的C層形成了以sp²雜化的碳環(huán)以及碳鏈結構；Si原子會溶解到氟鹽中，并且以SiF₆^2-的結構存在于熔鹽中。以上這個反應過程很好地解釋了實驗中所觀測到的現(xiàn)象。

最后本文利用ab initio-thermal model計算了單晶硅、石墨以及碳化硅在氟鹽中腐蝕的標準電化學勢。這種方法可以有效地得到不同材料在氟鹽中的標準電化學勢，如上圖所示。并且根據(jù)這種方法，我們討論了一種腐蝕的方法，并提出了新的建議。

本文的詳細內容請參考（Corrosion of Si, C, and SiC in molten salt, Corrosion Science, 2018, https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.10.027).