高强Al-Zn-Mg-Cu合金因其优异的比强度与加工性能，广泛应用于航空航天关键结构件。然而，其在使用过程中面临的应力腐蚀开裂（SCC）问题，始终是制约其服役安全性与寿命的关键瓶颈。长期以来，氢脆被认为是SCC的重要诱因，但氢的来源——究竟是外部环境渗入的“外氢”，还是材料自身携带的“内氢”——以及二者如何协同作用，始终缺乏系统性认识。 近日，日本九州大学唐建伟团队在 Scripta Materialia 发表的研究成果，首次通过4D原位同步辐射X射线断层扫描与有限元模拟相结合的手段，系统揭示了内外氢在SCC萌生与扩展过程中的协同机制。本文将从行业专家视角，对这项研究进行深度解读。 图1. (a) HW、(b) LW、(c) HAr 和 (d) LAr 试样通过原位拉伸试验获得的名义应力-应变曲线及对应的断口 SEM 形貌。名义应力-应变曲线中的红色圆圈表示进行 XMT 扫描的时刻。断口形貌中的黄色区域显示了准解理断裂（QCF）区域的分布，HW、LW、HAr 和 LAr 试样的 QCF 面积分数（）经计算分别为 、、 和 。每次试验中进行卸载的原因在补充材料中予以说明。 一、研究背景：内外氢并存，SCC机理亟待厘清 在传统SCC研究中，外界环境中的水分子与铝基体发生反应生成原子氢，并扩散进入材料内部，即“外氢”，被认为是主要致裂因素。然而，高强铝合金在熔炼、热处理等制造过程中也会不可避免地引入一定量的“内氢”，这些内氢在后续服役过程中是否会参与SCC过程、其作用机制如何，长期以来缺乏定量研究。 本研究通过调控Al-9.9Zn-2.3Mg-1.4Cu-0.15Zr合金的内氢含量（低氢：4.5 mass ppm，高氢：8.3 mass ppm），并结合不同测试环境（蒸馏水 vs. Ar气氛），构建了四种实验条件，系统评估了内外氢对SCC行为的独立与协同作用。 图2. (a) HW、(b) LW、(c) HAr 和 (d) LAr 试样在不同施加应变下 QCF 的三维渲染图像。 二、核心发现：内外氢协同主导SCC全过程 1. 内外氢共同加速SCC，外氢作用更为显著 实验结果表明： 在蒸馏水环境中，无论内氢含量高低，试样的断裂应变均显著低于Ar气氛中，说明外氢对SCC具有强烈促进作用。 在相同环境下，高内氢试样表现出更低的断裂应变与更高的准解理断裂（QCF）面积分数。 QCF面积分数在蒸馏水环境中较Ar气氛提升3~4倍，而内氢含量提升使QCF面积分数再增加约50%。 这表明，SCC行为并非单纯由外氢主导，内氢同样发挥着不可忽视的贡献。 2. 内外氢协同影响裂纹萌生与扩展 通过4D原位X射线断层扫描（图2），研究团队首次实时追踪了QCF的萌生与扩展过程： 在Ar气氛中，低内氢试样（LAr）在应变达5.5%时仍未出现QCF，而高内氢试样（HAr）在2.5%应变时已出现微小QCF。 在蒸馏水环境中，低内氢试样（LW）在1.5%应变时出现QCF，且初始裂纹面积显著大于HAr。 高内氢+蒸馏水（HW）条件下，QCF萌生最早、面积最大、扩展最快。 这一系列结果清晰表明：外氢主导了裂纹的早期萌生与快速扩展，内氢则在裂纹扩展中后期提供持续推动力。 图3. (a) HW 和 LW 试样在裂纹萌生阶段于蒸馏水中暴露 60 分钟后的氢扩散模拟结果；(b) (a) 中黑色矩形框所示区域 HW 和 LW 试样的氢分布放大图；(c) 初始裂纹长度分布。 三、机理剖析：氢致η-MgZn₂界面脱粘是核心 研究团队结合热力学平衡理论与第一性原理计算，进一步揭示了微观机制： η-MgZn₂沉淀相与Al基体界面具有较高的氢陷阱能，是氢优先聚集的位置。 当该界面氢浓度超过21 mass ppm时，界面脱粘发生，形成纳米尺度裂纹，进而演化为宏观QCF。 通过有限元模拟，研究者成功预测了HW与LW试样在萌生阶段的QCF长度（5.6 μm vs. 4.3 μm），与实验观测值（6.3 μm vs. 4.3 μm）高度吻合。 这说明，氢致η-MgZn₂界面脱粘是SCC萌生的关键微观机制，而内外氢共同决定了局部氢浓度是否达到临界值。 四、内外氢的协同路径 研究进一步揭示了内外氢在SCC过程中的协同路径： 外氢：从环境渗入，在材料表面形成梯度分布的“氢影响区”，使表层区域更容易达到临界氢浓度，成为裂纹萌生的高风险区。 内氢：在塑性变形过程中，内氢随位错迁移至裂纹尖端区域，与局部应力场共同作用，进一步扩大“潜在裂纹区”，为裂纹扩展提供持续氢源。 这种“外氢主导萌生、内氢驱动扩展”的协同机制，为理解高强铝合金在潮湿环境中的SCC行为提供了全新的理论框架。

近日，盐城师范学院化学与环境工程学院孙世新团队联合天津大学周凯歌团队等研究单位，提出“分级支撑”创新设计策略，成功构建分级多孔网络结构，为低成本、可持续、多场景水体净化与海水淡化技术，提供了全新机制与技术路径。相关研究成果以“Microcrystal Cellulose-Mediated Interpenetrating Networks toward Synergistic Water Transport and Activation for High-Efficiency Solar-Driven Interfacial Evaporation”为题，在国际学术期刊Advanced Functional Materials 上发表。 太阳能界面蒸发以绿色高效的显著优势，成为应对全球水资源短缺问题的重要技术途径，领域核心瓶颈在于水输运动力学与水状态热力学的协同调控。传统生物质水凝胶虽具备亲水、廉价等优势，但普遍存在结构易坍塌、孔道分布紊乱、水输运阻力大和中间水活化效率低等问题，难以同时实现超快输水与高效蒸发，限制了工程化应用进程。 为解决上述问题，本研究提出 “分级支撑”的设计策略，以微晶纤维素为纳米骨架，与柔性海藻酸钙网络互穿组装，构建出长程有序、高连通的分级多孔结构，从微观层面解决水输运与水活化的协同调控难题。 本研究成果不仅实现了农业废弃物高值化利用，更为沿海苦咸水利用、工业废水处理和偏远地区应急供水等场景提供绿色低成本解决方案，契合国家“双碳”战略与生态文明建设需求。 该研究以盐城师范学院为第一署名单位，盐城师范学院与南京工业大学联合培养研究生黄智恒为第一作者，孙世新为第一署名通讯作者。研究得到国家自然科学基金等项目的资助。 论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.75251