近日， MIT 的研究人員發現一種可用於金屬容器的固體氧化物保護塗層。 當該塗層非常薄時， 會變形猶如液體， 填充所有可能生成的裂縫和缺口。 該項研究發表在期刊《Nano Letters》上。
該塗層應該對防止微小分子的洩露特別有用。 這些微小分子可以穿透大多數材料， 比如可用作燃料電池汽車動力的氫氣， 或者在核電站核心形成的放射性氚（氫的一種同位素）。
大多數金屬（除了金以外）暴露在空氣和水中， 通常會被氧化。 氧化反應會逐漸削弱金屬， 最終導致裂紋或者結構失效。 比如， 被氧化後， 鐵表面會生成鐵銹， 銀會變得沒有光澤， 銅/青銅表面會生成銅銹。 然而， 有三種已知元素經氧化後， 會生成起著保護層作用的氧化物， 能夠防止進一步的氧化， 即氧化鋁、氧化鉻和二氧化矽。
MIT 核工程與科學以及材料科學與工程專業的教授 Ju Li 表示， “我們一直嘗試著研究為什麼氧化鋁和二氧化矽具有優異的抗腐蝕性。
圖∣氧化鋁薄層把氧氣（右側）和金屬鋁顆粒（左側）分隔開。 當材料被拉伸時， 氧化層也隨之伸長。
MIT 研究生 Yang Yang 帶領的團隊利用非常專業的設備， 仔細觀察鍍有氧化物塗層的金屬表面， 在暴露於氧氣氣氛以及被施加壓力的情況下，
金屬在反應容器中承受壓力， 或者暴露在過熱蒸氣中， 如果沒有保護措施， 將會被快速腐蝕。 即使鍍有固態保護塗層， 還是產生裂紋， 使得氧氣能夠穿透到金屬表面， 然後穿透到金屬顆粒介面， 導致更深層的腐蝕， 並最終導致結構失效。 Yang 表示， “我們想要一種猶如液體的氧化物， 可防止產生裂紋。 ”
結果表明， 如果足夠薄到大約 2-3nm， 氧化鋁可表現出類似液體的流動行為，
通常而言， 人們認為金屬氧化物易碎並產生裂紋。 至今沒有其他人能夠觀察到上述現象， 因為在實際條件下觀察材料行為實在太難了。 這也就是為何要利用布魯克黑文國家實驗室的 E-TEM（世界上大約僅有 10 台這樣的設備）來進行研究。 Yang 表示， “至今無人觀察到氧化鋁在室溫下是如何變形的。 ”
Li 表示， “第一次， 我們幾乎在原子級解析度下觀察該現象。 ”研究表明， 氧化鋁塗層通常很脆弱以致於壓力下會被損壞， 而如果是非常薄的塗層， 則可猶如金屬鋁薄層（比鋁箔還要薄的薄層）一樣可變形。 當氧化鋁塗層到塊體鋁表面的時候， 類似液體的流動使其覆蓋在鋁表面而形成保護層。
利用 E-TEM， 研究人員觀察到帶有氧化鋁塗層的金屬鋁可以拉伸到 2 倍以上的長度，
Yang 表示， 人們可能無法想像金屬氧化物可以如此柔軟（猶如金屬的變形能力）， 比如可被拉伸成薄絲。 比如， 藍寶石（主要成分是氧化鋁）的結晶塊體材料， 就非常堅硬且易碎。
Li 表示自修復塗層由於其平滑和連續表面（沒有任何裂紋或晶界）的優勢， 有很多潛在應用。