이 연구는 밀도 범함수 이론을 사용하여 입방 및 육방 결정 구조의 티타늄 알루미늄 질화물에서 수소 투과 특성을 조사했다. 수소 장벽의 중요성에도 불구하고 TiAlN의 잠재력은 충분히 탐구되지 않았다. 연구진은 자리 특이성, 온도 의존적 삽입, 원자 수소 이동 경로 에너지를 분석했다.
연구 결과는 화학 조성보다 결정 구조가 수소 흡수에 저항성 있는 재료 설계에 결정적인 역할을 한다는 것을 강조했다. 그러나 일단 흡수되면 수소 확산은 국부적인 화학 환경에 의해 지배된다. 구체적으로 Al-N 평면을 통한 수소 이동은 Ti-N을 통한 이동보다 더 많은 에너지를 필요로 하며, 이는 전체 확산 과정에 영향을 미친다.
수소 흡수는 매우 흡열성이며, 수소 원자당 50~320 kJ/mol의 삽입 에너지를 나타내, 상온 조건에서 흡수 가능성이 낮은 것으로 나타났다. 더 높은 온도에서는 흡수에 필요한 에너지가 더 증가하여 흡수가 더 불리해진다. 또한 육방 구조에서 최대 276 kJ/mol의 에너지 장벽이 확인되어 이동 가능성이 매우 낮은 것으로 나타났다.
이러한 결과는 TiAlN의 뛰어난 수소 투과 저항성을 강조하며, 수소 저장 및 원자력 반응기와 같은 고압 응용 분야에 유망한 후보 재료임을 시사한다.
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