电催化方法“看见”金属疲劳

金属疲劳，以位错为代表的缺陷的累积演化为特征，是金属材料中最危险也最普遍的失效过程。金属疲劳与我们的生活息息相关，大到飞机、桥梁的结构件，小到芯片上错综复杂的微纳电路，这些的金属材料每天都在服役进程中不断疲劳老化，经受着复杂环境和极端载荷的考验。任何金属结构的突发性失效都可能带来严重的经济损失并危及人身安全。因此金属疲劳的早期检测对于预防灾难性事件和保护人类生命至关重要。然而，迄今为止人们还没有找到一种可以方便准确的无损检测微观金属疲劳的方法。

TOC: Dr. Electrocat在金属表面寻找疲劳特征区域近日，复旦大学微电子学院孙正宗课题组提出了一种具有时-空分辨率的电催化金属疲劳无损检测方法，通过建立电催化二氧化碳还原性能与金属铜表面位错缺陷之间的关系，放大了疲劳金属中位错聚集区域的电化学信号。

依靠这个技术，我们仿佛拥有了一个缩小版的“电催化”医生，可以在金属表面探测微小区域的位错聚集，从而在金属疲劳的早期对其做出准确预测。

通过电催化Mapping实验，能够以亚毫米级分辨率实现金属疲劳的空间可视化，其中在富含Persistent Slip Band结构（PSB）的Cu表面，测得的电流信号比未疲劳金属高出约16.5倍；同时，在金属失效之前，C2产物的电流密度增加了78倍，实现金属疲劳的早期检测。

通过密度泛函理论（DFT）计算进一步阐明了位错结构与电催化信号之间的构效关系。不仅如此，这种无损的电催化检测方法还适用于多种常见金属，包括铜、银、铁和铝。未来有望应用于金属疲劳的快速检测，提前防范重大安全事故，为制造更加安全的飞机，准确预测桥梁的寿命提供新的方案。

这一研究成果以“Electrocatalytic Mapping of Metal Fatigue with Persistent Slip Bands”为题发表于美国化学会杂志JACS。博士生肖太师为第一作者，学院孙正宗教授、化学系徐昕教授和安徽大学葛炳辉教授为该工作的共同通讯作者。

该研究工作得到了国家自然科学基金，国家重点研究开发项目、复旦大学义乌研究院项目和复旦大学-龙星项目的支持。