东方时讯网它始于一个谜：熔盐是如何破坏其金属容器的?了解熔盐的行为是下一代核反应堆和聚变动力的拟议冷却剂，是先进能源生产的关键安全问题。
由宾夕法尼亚州立大学共同领导的多机构研究小组最初对密封容器的横截面进行了成像，发现没有明确的路径让盐分出现在外面。然后，研究人员使用电子断层扫描(一种3D成像技术)来揭示连接固体容器两侧的最微小的连接通道。这一发现只会给调查这一奇怪现象的团队带来更多问题。
他们于2月22日在NatureCommunications上发表了答案。
“腐蚀是一种普遍存在的材料失效模式，传统上是在三维或二维上测量的，但这些理论不足以解释这种情况下的现象，”共同通讯作者、工程科学与力学助理教授杨阳说。和宾夕法尼亚州立大学的核工程。他还隶属于劳伦斯伯克利国家实验室的国家电子显微镜中心以及宾夕法尼亚州立大学的材料研究所。“我们发现这种穿透性腐蚀非常局部化，它只存在于一个维度——就像虫洞一样。”
与假设的天体物理现象不同，地球上的虫洞通常被蠕虫和甲虫等昆虫钻孔。他们挖掘地面、木头或水果，在挖掘看不见的迷宫时留下一个洞。蠕虫可能会通过一个新的洞返回地面。从表面上看，蠕虫似乎在时空的某一点消失并在另一点重新出现。电子断层扫描可以在微观尺度上揭示熔盐路径的隐藏隧道，其形态看起来与虫洞非常相似。
为了研究熔盐如何“挖掘”金属，杨和团队开发了新的工具和分析方法。据杨说，他们的发现不仅揭示了腐蚀形态的新机制，而且指出了有意设计此类结构以实现更先进材料的潜力。
熔盐以不同的方式渗透各种金属合金;氧化物生长可以形成类似的一维形态。从左上角顺时针方向：盐腐蚀的不锈钢、盐腐蚀的铁镍铬合金、空气中氧化的铬锰铁钴镍合金和水中氧化的镍铝合金。所有形态看起来都相似，覆盖了部分晶界。图片来源：YangYang/PennState
“由于各种材料缺陷和不同的局部环境，腐蚀通常在特定位置加速，但局部腐蚀的检测、预测和理解极具挑战性，”共同通讯作者、材料科学与工程教授AndrewM.Minor说。加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室。
该团队假设虫洞的形成与材料中异常集中的空位有关——空位是由于去除原子而产生的。为了证明这一点，该团队将4D扫描透射电子显微镜与理论计算相结合，以识别材料中的空位。总之，这使研究人员能够在纳米尺度上绘制材料原子排列中的空位。杨说，由此产生的分辨率比传统检测方法高10,000倍。
“材料并不完美，”共同通讯作者、麻省理工学院(MIT)核科学与工程副教授MichaelShort说。“它们有空位，空位浓度随着材料加热、辐射或在我们的例子中经历腐蚀而增加。典型的空位浓度远低于熔盐引起的空位浓度，熔盐聚集并作为前体虫洞。”
熔盐除了用作核反应堆冷却剂外，还可用作材料合成、回收溶剂等的反应介质，在腐蚀过程中选择性地从材料中去除原子，沿着称为晶界的二维缺陷形成一维虫洞，在金属。研究人员发现，熔盐以独特的方式填充各种金属合金的空隙。
“只有在我们知道盐是如何渗透之后，我们才能有意识地控制或使用它，”共同第一作者、麻省理工学院博士后周伟岳说。“这对于许多先进工程系统的安全至关重要。”
既然研究人员更好地了解了熔盐如何穿过特定金属——以及熔盐如何根据盐和金属类型发生变化——他们表示他们希望应用该物理学来更好地预测材料的失效并设计出更具抵抗力的材料。
宾夕法尼亚州立大学核工程助理教授、共同作者MiaJin说：“下一步，我们想了解这个过程如何随时间演变，以及我们如何通过模拟捕捉这种现象以帮助理解这些机制。”.“一旦建模和实验可以齐头并进，学习如何制造新材料以在不需要时抑制这种现象并以其他方式利用它会更有效。”