氫陷阱的主要類型-氫可被捕獲在合金的多種微觀結構位置，包括：

• 間隙晶格位點（interstitial lattice sites）
• 晶界（grain boundaries）
• 空位（vacancies）
• 合金溶質原子（alloying solutes）
• 堆垛層錯（stacking faults）
• 孿晶（twins）
• 位錯及其胞壁（dislocations and their cell walls）
• 應變場（strain field）
• 空洞（voids）
• 第二相及其界面second phases and their boundaries）
• 微裂紋自由表面（free surfaces of microcracks）

不同尺度的陷阱特征

• 納米級（nano）左側區域以密集排列的藍色小球（代表晶格原子）為主，紅色小點（氫原子）分散在間隙位點或溶質原子周圍，體現原子尺度的陷阱（如間隙位點、溶質原子）。
• 介觀級（meso）中間區域顯示層狀結構（如堆垛層錯、孿晶）和線狀分布（如位錯），紅色小點沿條紋或邊界聚集，反映位錯、應變場等缺陷相關的陷阱。
• 微米級（micro）右側區域包含多邊形晶粒（晶界）、藍色塊狀第二相及微裂紋，紅色小點在晶界、第二相界面及裂紋表面富集，對應宏觀缺陷（如晶界、第二相、微裂紋）。

該圖直觀展示了氫在合金中多尺度、多類型微觀結構中的捕獲行為，強調了晶界、缺陷、第二相等對氫的束縛作用，為理解氫脆機理或氫存儲材料設計提供了微觀視角。

• Dislocation（位錯）
• Grain boundary（晶界）
• Precipitates with coherent interfaces（共格界面析出相）
• Precipitates with semi-coherent interfaces（半共格界面析出相）

體心立方（BCC）基體中常見氫陷阱信息總結（根據上表）

1. 溶質元素（Solute elements）

• 弱/無陷阱效應：Si、Cr、Mn、Co、Mo的結合能接近0 kJ/mol，對氫無顯著捕獲能力（第一性原理計算）。
• 弱吸引陷阱：間隙C（9 kJ/mol）、間隙N（13 kJ/mol），通過第一性原理或磁弛豫法表征。
• 排斥效應：Nb（-7 kJ/mol）、Ti（-8 kJ/mol）、Mg（-15 kJ/mol）、Sc（-20 kJ/mol）、Y（-25 kJ/mol），結合能為負值，表明對氫有排斥作用（第一性原理計算）。

2. 晶體缺陷（Crystal defects）

• 空位與微孔洞
  • 單空位：結合能24–78 kJ/mol（第一性原理、擴散分析）；
  • 微孔洞：40 kJ/mol（熱脫附分析，TDA）。
• 位錯相關
  • 體位錯：60 kJ/mol（擴散分析）；
  • 螺位錯：26 kJ/mol（第一性原理）；
  • 位錯應變場：12–27 kJ/mol（擴散分析、TDA）。
• 晶界與相界
  • 普通晶界：9–49 kJ/mol（力學分析、TDA）；
  • 原奧氏體晶界：47 kJ/mol（滲透法）。

3. 第二相（Second phases）

• 碳化物/氮化物
  • 非共格TiC：60–129 kJ/mol（滲透法、TDA），捕獲能力最強；
  • 半共格TiC：48 kJ/mol（TDA）；
  • 非共格V?C?：40 kJ/mol（TDA）；
  • 半共格NbC：55–60 kJ/mol（TDA）。
• 其他第二相
  • 彌散氧化物界面：45 kJ/mol（滲透法、第一性原理）；
  • Al?O?界面：71 kJ/mol（TDA）；
  • MnS界面：64 kJ/mol（TDA）；
  • ε-銅：27 kJ/mol（TDA）。

4. 關鍵規律與表征方法

• 捕獲能力排序
  第二相（如非共格TiC） > 晶體缺陷（空位、位錯） > 溶質元素（僅C、N有弱吸引）。
• 主要表征技術
  第一性原理（理論計算）、擴散分析、熱脫附分析（TDA）、滲透法、力學分析等。

（注：結合能為負值表示排斥作用，正值越大，氫捕獲能力越強。）

參考文獻：https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.04.076 International Journal of Hydrogen Energy，Volume 136, 10 June 2025, Pages 789-821

擴展閱讀：

表1 氫在不同材料中的結合能