在全球節能減碳與環境永續的共同目標下，發展先進高強度鋼以達到結構輕量化已經成為世界工業強國之核心政策，然而，鋼鐵材料僅受到ppm等級之氫侵入，即可能使其性能大幅退化，併發生災難性破壞，此行為稱為氫脆，而強度越高的材料，對氫脆的發生越敏感，成為先進高強度鋼在工程應用時之障礙。因此，如何控制氫原子在材料中的擴散，以避免或抑制氫脆，成為人類近百年來未解的問題。
國立台灣大學、中國鋼鐵股份有限公司與澳洲雪梨大學近期共同發表了一種以雙重奈米結構限制氫原子擴散之機制，如圖所示，本研究中作者精準地操控奈米銅(ε-Cu)與奈米碳化鈦(TiC)於鋼鐵中的析出行為與分布，經高解析穿透式電子顯微鏡(high-resolution transmission electron microscopy)影像與三維原子探針(atom probe tomography)之互補解析，使兩種奈米結構以一種擬似項鍊的分布形式佔據原先可能引發氫脆的差排(dislocation)組織，並在兩種析出物間堆積碳原子引發正方晶體晶格扭曲(tetragonality)，再以氫熱脫附分析(thermal desorption analysis)進行交互量測，本研究發現這樣的雙重納米結構不但大幅提高了氫捕集(hydrogen trapping)的含量，也能夠提升氫捕集的強度，成為一種有助於材料禦抗氫脆的組織，顏鴻威副教授認為世界上以多重析出物強化鋼材的研究很多，不過這是科學界第一次證明雙重納米結構可以具有1+1 > 2之氫補集效果，此成果順利發表於金屬材料最具重量級之期刊Acta Materialia。
本計畫之第一作者林昱辰同學(已獲博士學位)對此現象感到興奮，除了本研究之相關成果外，目前積極以此機制設計新鋼材，目標媲美美國海軍115公斤級鋼板之高強度鋼。此外，中國鋼鐵股份有限公司與本校亦將以此新穎納米組織共同研發超高強度鋼，並擁有高韌性與抗氫脆之特性，以應用於我國重點前瞻建設。本研究乃以先進材料分析技術解構新現象，並導入新穎材料開發，引領我國鋼鐵產業高質化與精緻化。（顏鴻威執行長提供）
圖示說明：本研究發現項鏈狀雙重析出物分布能大幅提升材料之氫補集能力並亦至其擴散，經Atom Probe與HRTEM分析，這種納米結構除了擬析出的TiC碳化物與Cu顆粒以外，兩種析出物間會因為碳偏聚而造成晶格扭曲，進而提高氫補集能力，這種納米結構1+1>2的氫捕集效果為世界首見。