自癒合氧化鋁可防止金屬腐蝕，此舉不知可以為世界節省多少資源！

薄的塗層應該特別有用，以防止可以穿透大多數材料的微小分子泄漏，例如可以用於燃料電池車的氫氣或者內部形成的放射性氚（重氫形式）核電站的核心。

大多數金屬，除金以外，在暴露於空氣和水時都會氧化。這種反應會在鐵上產生鏽，在銀上產生鏽蝕，在銅或黃銅上產生銅銹，會隨著時間的推移而削弱金屬並導致裂紋或結構失效。但有三種已知元素可以產生氧化物，實際上它可以作為防止任何進一步氧化的保護性屏障：氧化鋁，氧化鉻和二氧化硅。

麻省理工學院核材料工程和科學以及材料科學和工程教授，以及一篇描述這一新發現的論文的資深作者鞠立說：「我們試圖理解為什麼氧化鋁和二氧化硅是特殊的氧化物，能夠提供優異的耐腐蝕性。「這篇論文出現在期刊Nano Letters上。

麻省理工學院研究生楊洋領導的研究小組使用高度專業化的儀器詳細觀察塗有這些「特殊」氧化物的金屬表面，以了解當暴露於氧氣環境並處於壓力下時會發生什麼。雖然大多數透射電子顯微鏡（TEM）要求在高真空條件下對樣品進行研究，但該團隊使用了一種稱為環境TEM（E-TEM）的修改版本，可以在有氣體或液體存在的情況下對樣品進行研究。該設備用於研究可能導致一種稱為應力腐蝕開裂的失效過程。

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一層薄薄的氧化鋁將氧氣（右）和兩個鋁金屬顆粒（左）分開。隨著材料被拉伸，氧化層拉長。

金屬在反應堆容器內受到壓力並暴露於過熱蒸汽的環境中可能會受到很快的腐蝕，如果不加以保護的話。即使具有堅固的保護層，也會形成裂縫，使氧氣滲透到裸露的金屬表面，然後可以滲入組成大塊金屬材料的金屬晶粒之間的界面，導致進一步的腐蝕，從而可以穿透更深並導致結構失敗。「我們需要一種類似液體和抗裂的氧化物，」楊說。

事實證明，即使在室溫下，如果將其製成足夠薄的層，即約2至3納米（十億分之一米）的厚度，舊的備用塗層材料氧化鋁也可以具有液體狀流動行為。

「傳統上，人們認為金屬氧化物會變脆，並且容易破裂，」楊說，解釋說沒有人證明過，因為在現實條件下觀察材料的行為非常困難。那就是布魯克海文國家實驗室的專門E-TEM設置，世界上只有10個這樣的設備之一。「從來沒有人觀察到它在室溫下如何變形，」楊說。

「這是我們第一次以接近原子解析度觀察到這一點，」李說。這種方法表明，當被製作得非常薄時，在應力下會破碎的通常如此脆的氧化鋁層幾乎與相當薄的鋁金屬層 - 比鋁箔薄得多的層 - 變形一樣。Li報道，當鋁氧化物被塗覆到大塊鋁表面時，液態流體「保持鋁覆蓋」並帶有保護層。

研究人員在電子透射電鏡中證明，含有氧化物塗層的鋁可以被拉伸至其長度的兩倍以上，而不會引起任何裂縫開放。他說，即使在拉伸的應變下，氧化物「形成非常均勻的保形層，保護表面，沒有晶界或裂縫」。從技術上講，這種材料是一種玻璃，但它像液體一樣移動，只要足夠薄就可以完全覆蓋表面。

「人們無法想像金屬氧化物具有延展性，」楊說，指的是金屬變形的能力，比如被拉伸成細絲。例如，藍寶石是一種完全相同的材料形式，氧化鋁，但其大塊結晶形式使其成為非常堅固但易碎的材料。

自修復塗層可能有許多潛在的應用，李說，注意到它的光滑，連續的表面的優點，沒有可能滲透到材料的裂縫或晶界。

該團隊還包括MIT的研究子公司Akihiro Kushima，西安交通大學的Weizhong Han和Brookhaven國家實驗室的Huolin Xin。這項工作得到了國家科學基金會的支持。

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