Hàn Quốc: POSTECH phát triển công nghệ thiết kế hợp kim entropy cao, cường độ cao và khả năng chống giòn hydro vượt trội

Ngày 3 tháng 9, 2026 | Annie Nguyễn

Các nhà nghiên cứu trong nước đã phát triển thành công vật liệu kim loại cường độ cao có khả năng khắc phục hiện tượng giòn hydro – một vấn đề cốt lõi của cơ sở hạ tầng kinh tế hydro, thu hút sự chú ý của giới chuyên môn.

Hydro, được coi là nhân vật chính của năng lượng sạch trong tương lai, lại có một điểm yếu bất ngờ. Khi hydro thấm vào kim loại dùng để chứa và vận chuyển nó, kim loại dễ bị nứt vỡ do hiện tượng "giòn hydro". Vấn đề càng nghiêm trọng hơn khi kim loại càng cứng thì hiện tượng này càng diễn ra mạnh mẽ.

Nhóm nghiên cứu của Giáo sư Kim Hyeong-seop tại Khoa Khoa học Vật liệu Thân thiện với Môi trường và Khoa Kỹ thuật Vật liệu Mới, Đại học POSTECH (Pohang University of Science and Technology), đã giải quyết được tình trạng tiến thoái lưỡng nan kéo dài này. Bằng phương pháp tương đối đơn giản kết hợp xử lý cực lạnh và xử lý nhiệt, nhóm đã thành công trong việc đồng thời nâng cao độ bền và khả năng chống giòn hydro của kim loại. Kết quả nghiên cứu đã được đăng trên tạp chí quốc tế về kỹ thuật vật liệu "Materials Research Letters".

Thách thức: Kim loại càng cứng càng dễ bị giòn hydro

Trước đây, kim loại càng cứng thì càng dễ bị tác động bởi hydro. Kim loại có cấu trúc các nguyên tử sắp xếp theo trật tự, và khi sự sắp xếp này trơn tru, các lớp nguyên tử sẽ dễ dàng trượt lên nhau khi chịu lực, khiến kim loại mềm đi. Vì vậy, để làm cứng kim loại, người ta cố tình tạo ra các "khuyết tật" hoặc biên giới vi mô bên trong. Các điểm mà cấu trúc nguyên tử bị lệch này cản trở sự trượt lẫn nhau, giúp kim loại chịu lực tốt hơn. Vấn đề là chính những cấu trúc này lại là đường dẫn cho hydro tập trung và là điểm yếu để các vết nứt bắt đầu. Nghịch lý là kim loại càng bền thì càng dễ bị phá hủy.

Giải pháp: Cấu trúc "Song tinh nano" và xử lý nhiệt

Nhóm nghiên cứu đã tập trung vào cấu trúc "song tinh nano". Song tinh nano là một cấu trúc đặc biệt giúp kim loại vừa bền chắc vừa ngăn chặn sự lan rộng của vết nứt. Tuy nhiên, quá trình tạo ra chúng lại tạo ra nhiều "lệch mạng" – một loại khuyết tật đặc biệt gây ra hiện tượng giòn hydro. Cho đến nay, chưa có nghiên cứu nào giải quyết đồng thời cả hai vấn đề này.

Giải pháp của nhóm nghiên cứu nằm ở nhiệt độ. Đầu tiên, họ tác động lực lên kim loại ở nhiệt độ cực lạnh âm 196 độ C (77K) để tạo ra các song tinh nano dày đặc. Sau đó, họ thực hiện quá trình xử lý nhiệt ở nhiệt độ thích hợp (773K). Trong quá trình này, các song tinh nano chịu trách nhiệm cho độ bền vẫn được giữ nguyên, trong khi các khuyết tật gây ra giòn hydro được loại bỏ một cách chọn lọc. Kết quả là giữ lại những gì cần thiết và loại bỏ những thứ có hại.

Kết quả: Đột phá về độ bền và khả năng chống giòn hydro

Kết quả là hợp kim được phát triển có độ bền chảy cao hơn khoảng 2,2 lần so với hợp kim thông thường, và trong môi trường có hydro, nó cũng chịu đựng tốt hơn nhiều so với vật liệu hiện có. Độ sâu của lớp bề mặt bị hydro xâm nhập và phá hủy cũng giảm đáng kể, chứng minh rằng một loại kim loại vừa cứng vừa khó vỡ là hoàn toàn có thể. Đây là lần đầu tiên chứng minh được rằng có thể đồng thời đạt được hai đặc tính vốn được coi là xung khắc: độ bền và khả năng chống giòn hydro.

Ứng dụng thực tế và triển vọng

Chiến lược này có thể được ứng dụng ngay vào các lĩnh vực mà an toàn là ưu tiên hàng đầu, như bình chứa hydro, đường ống dẫn và kết cấu ở nhiệt độ cực lạnh. Bởi vì để đẩy nhanh kỷ nguyên hydro, trước hết cần phải có những "vật chứa" đủ bền chắc để chứa và vận chuyển hydro một cách an toàn.

Giáo sư Kim Hyeong-seop, người dẫn dắt nghiên cứu này, cho biết: "Nghiên cứu này cho thấy kỹ thuật song tinh nano ở nhiệt độ cực lạnh có thể khắc phục mối quan hệ xung khắc lâu đời giữa độ bền và khả năng chống giòn hydro của vật liệu kim loại. Chúng tôi kỳ vọng nghiên cứu sẽ mở ra hướng đi mới cho việc thiết kế các kết cấu thế hệ tiếp theo, bao gồm cả cơ sở hạ tầng lưu trữ và vận chuyển hydro trong tương lai."

Nguồn tham khảo: SNM News (스틸앤메탈뉴스), ngày 2 tháng 9 năm 2026. Tạp chí Materials Research Letters.