报告主题：原子尺度模拟在研究管道钢氢脆现象中的应用
报告嘉宾：张豪（教授，加拿大阿尔伯塔大学化学与材料工程系）
时 间：2025年12月29日（周一）下午14:30
地 点：新澳彩资料
536会议室
报告人简介
张豪教授在清华大学材料科学与工程系获得学士和硕士学位，并在普林斯顿大学获得机械与航天工程博士学位。2007年，加入加拿大阿尔伯塔大学化学与材料工程系任教。他的研究领域为计算与理论材料科学，主要致力于研究材料中缺陷的静态与动态特性，并将这些缺陷特性与材料的热力学、动力学、化学和力学性质相关。具体研究方向包括晶界的各向异性特性，强相互作用粒子体系中的原子协同运动，金属玻璃中弹性与塑性变形的原子尺度机制，管道钢中的氢脆的原子机理，用于二氧化碳固体吸附剂的层状双金属氢氧化物，以及清洁能源与能源存储先进材料。他已在国际期刊发表220余篇论文，被引用7500余次，h指数49。
报告内容简介
氢气可由天然气、生物质和水等多种来源产生，是一种极具潜力的能源，不仅能够满足日益增长的日常能源需求，还能显著减少二氧化碳排放。因此，为实现 2050 年净零排放并使加拿大成为清洁可再生燃料领域的全球领导者，氢能发挥着至关重要的作用。将大量氢气通过管道进行长距离运输，并在地质构造中进行储存，被视为实现泛加拿大氢能产业的一种具有成本竞争力且切实可行的方案。然而，由于存在氢脆和氢致开裂的风险，为确保高压氢气运输和储存的安全性与成本效益，仍有大量材料科学方面的知识空白亟需填补。在本报告的第一部分，我将简要介绍在过去十余年中利用分子动力学（MD）模拟所开展的一些研究工作。包括铁中间隙氢原子在体相、自由表面以及一系列晶界中的扩散行为，在塑性变形过程中研究氢原子与铁中位错的相互作用，利用 MD 模拟预测了裂纹尖端发生延性–脆性转变，以及采用断裂力学方法研究了氢扩散对循环载荷下裂纹扩展的影响。报告的第二部分将重点讨论密度泛函理论（DFT）在研究高压氢环境中管道钢对氢的吸附行为的应用。基于晶格-分子模型，我们建立了氢气在宽温度区间（300–900 K）和宽压力范围（0.1–100 MPa）下的热力学行为，用于预测气态及超临界氢（s-H₂）在铁基钢表面的吸附和解离。随后通过DFT计算研究了 氢气在 铁 (100) 和 氧化铁(001) 表面的吸附与解离构型。之后，我们研究的合金元素在铁基表面已经晶界处对氢分子的解离以及氢分子吸附的影响。这些研究结果对于开发和设计新一代管道钢起到了理论支撑依据。
欢迎有兴趣的师生前来参加！
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2025年12月22日
撰稿：张晓颖 审核：王东、王雷
