通知

通知文章2017/01/11

在九州大学设立“AIST-九州大学氢材料强度实验室”(HydroMate)
-旨在从根本上阐明氢脆现象,开发理想的抗氢脆材料-

国立产业技术综合研究所[会长:中钵良二](以下简称“AIST”)是根据内阁于2015年12月24日批准的《城镇、人民和就业综合战略(2015年修订版)》和“产业技术本部”决定的《政府相关机构搬迁基本方针》制定的。振兴城镇、人民和就业”,2016 年 3 月 22 日。(*)” 2017 年 1 月 11 日“AIST-九州大学氢材料实验室;HydroMate”与国立大学法人九州大学【校长久保千春】(以下简称“九州大学”)共同成立。

联合国气候变化框架公约第21次缔约方会议(COP21)制定的2020年起全球变暖对策新框架中,日本将在2030年之前将二氧化碳排放量减少26%2我们将努力减少排放(与 2013 年相比)。氢气在使用阶段是CO22排放量可以减少。此外,通过将随天气变化的可再生能源转换为氢气并储存起来,可以运输和储存能源,从而可以跨地区有效地利用能源。另一方面,为了实现以氢为能源的“氢社会”,需要发展能够安全生产、储存和运输氢的基础设施,并降低其成本。建立与安全性相平衡的法规,并开发用于氢基础设施的高可靠和低成本材料。

AIST 和九州大学于 2006 年 7 月至 2013 年 3 月期间共同运营氢材料先进科学研究中心(HYDROGENIUS),为工业界安全便捷地使用氢提供技术和指南,并开发实现氢社会的基础设施。此外,自 2013 年 4 月起,我们继续合作,共同开展 NEDO 研发项目,涉及扩大加氢站材料所用钢材的种类,以及创建燃料电池汽车材料的氢兼容性测试方法。

九州大学在高压氢气中评估材料强度方面拥有世界最高水平的经验,并构建了基于实用钢材的综合宏观强度数据库氢脆我们正在努力了解这一现象,并提出受氢影响的材料的使用和设计指南。同时,产业技术研究院拥有世界一流的氢环境下材料评价和观察技术,并致力于通过了解金属材料中氢原子的行为来阐明纳米级的氢脆现象。此外,通过与工业界的合作,两家公司都致力于扩大加氢站的钢材类型范围,制定汽车压缩氢气容器的标准,并使其与国际标准保持一致。

AIST和九州大学最近在九州大学伊东校区建立了新的AIST研究基地,将利用基于九州大学世界一流的高压氢气中宏观水平材料强度评估技术的机械工程视角,和AIST实验室基于氢环境下纳米级材料结构评估技术的材料工程视角相结合,进行旨在阐明脆化现象的基础研究氢材料的研究并以此为基础开发新材料,以安全、经济地利用氢。此外,我们还将建立一个产学官网络,将这些成果“桥接到”私营企业。

AIST/九州大学氢材料强度实验室示意图
图 1 AIST/九州大学氢材料强度实验室 (HydroMate)

实验室研究以及与其他项目合作的插图
图2 实验室研究以及与其他项目的合作

主要研究在氢材料强度实验室进行

通过纳米/细观/宏观分析阐明氢脆的基本机制
为了阐明复杂的氢脆现象并开发理想的抗氢脆材料,需要聚合从纳米级到宏观级的广泛知识。在这项研究中,我们将进行拉伸测试和纳米压痕、使用有限元模拟对裂纹尖端进行应力和应变分析扫描探针显微镜(SPM)等显微镜在纳米级观察材料的断裂面和表面状况,我们将从纳米到宏观层面无缝了解氢对材料强度和结构的影响,并通过阐明氢脆现象的基本原理,旨在开发超越现有材料的创新抗氢脆材料。

*摘自《政府相关机构搬迁基本方针》(2016年3月22日“城镇、人民和就业振兴本部”确定) 《参考》
搬迁目标区域 目标机构 搬迁摘要 搬迁详情
福冈 国立产业技术综合研究所
(AIST)
氢材料强度研究协作中心成立 自2016年度起,AIST将在九州大学伊东校区建立研究合作基地(“氢材料强度实验室”(暂名)),AIST筑波中心氢领域的研究人员将参与在该校园进行研究。日本两大氢研究中心九州大学和产业技术研究院将通过促进人员交流等加强研究合作,强化日本尖端氢材料强度研究体系,开发共同优势领域。


术语解释

◆氢脆
金属材料的拉伸强度和伸长率因氢渗入金属材料而降低的现象。这种现象长期以来被称为氢脆,因为氢的影响会降低延展性,导致材料在宏观层面上发生脆化。然而,根据材料的不同,已经报道了在微观水平上促进局部塑性变形的结果,并且氢脆术语并不能准确反映该现象的微观实质。对微观实体的解释包括晶格脆化理论(氢降低金属原子本身的结合强度的理论)和局部塑性变形促进理论(氢促进局部塑性变形的理论),这些理论仍在积极争论。[返回来源]
◆纳米压痕
一种通过将具有纳米级尖端的微小压头(主要是金刚石)压入材料表面的微小区域或薄膜,并测量压痕的载荷和深度来评价材料微小区域的硬度、杨氏模量等的方法。国际标准有ISO14577。[返回来源]
◆扫描探针显微镜
一种扫描材料表面并使用带有纳米尺寸尖端的细针(探针)测量表面形状的显微镜。可以利用针与材料表面之间的相互作用来评估各种表面现象。原子力显微镜(AFM)、扫描隧道显微镜(STM)、扫描磁力显微镜(MFM)等的总称[返回来源]