液态金属组分调控的GaInSn/Al界面行为与产氢机制研究：多尺度表征与动力学解析

本文推荐：该研究通过多尺度表征（XRD/SEM/MD模拟）系统探究了Ga-In-Sn液态金属（LM）组分比对轧制铝板界面腐蚀路径的调控机制。发现降低Ga含量（0.5g Ga:In:Sn=3:3:1）可增强润湿性，扩大液-水-铝三相界面，实现6mL/min产氢速率，为温和条件下高效制氢系统设计提供理论依据。

　　

Highlight
液态金属/铝界面行为
液态金属在铝板表面的界面行为对调控其水解产氢性能具有关键作用。本研究通过精确控制铝板温度（20-100°C），系统探究了不同组分比例液态金属液滴在铝板表面的瞬时铺展行为。热成像分析显示，当Ga含量降低至3:3:1（质量比）时，液态金属在铝表面形成独特的"指状渗透"模式，这种分形结构使有效反应界面面积增加约47%。

材料与合金设计
实验采用工业级纯Ga、In、Sn和轧制态纯铝板（纯度≥99.99wt%）。基于Ga-In-Sn三元合金相图，设计了三组不同相态（液态、固液共存态、固态）的合金组分。其中样本A（Ga:In:Sn=1:3:1）在室温下呈现固液双相特征，而优化后的样本B（3:3:1）展现出更优异的低温流动性。

结论
本研究通过多尺度表征和动力学分析，得出以下重要发现：

1. 界面行为：液态金属在铝板上的界面行为表现出显著的组分依赖性和温度响应性。降低Ga含量可促进液态金属对Al₂O₃氧化层的渗透（渗透深度达15μm），而升温至60°C可使接触角减小38°。
2. 腐蚀机制：液态金属优先沿铝晶界渗透（GB渗透），形成Ga-Al金属间化合物（如Ga₃Al₂），这种"自牺牲"界面层持续暴露新鲜铝表面。
3. 产氢优化：3:3:1组分合金在25°C实现最高产氢效率（转换率92%），其活化能（E_a）较传统方法降低62%。