根据氢在涂层中的扩散规律，目前运用较多的渗氢模型为以下三种：复合扩散模型、区域缺陷模型和表面可控模型，如图所示为三种模型原理示意图。复合扩散模型多用于不同渗透率涂层复合在一起的情况，该模型的阻氢效果由涂层材料性能决定；区域缺陷模型是基于复合扩散模型发展出的一种模型，该模型假设氢只在涂层部分区域渗透，因此该模型中的氢渗透率受涂层与氢的有效接触面积影响；表面可控模型的氢渗透过程受氢分子在材料表面的分解和结合影响。根据涂层渗氢模型，氢在涂层材料中多以原子形式扩散，而涂层阻氢机理主要有以下两种：一是通过紧密的晶体结构、稳定的原子键和金属键等降低氢原子的渗透速率和溶解度；二是利用大量的悬挂键和空位捕获氢原子，使其无法继续扩散进入基材。第一种机理适用于金属及其氧化物涂层材料。沈嘉年等发现氢在该类涂层中扩散时需要能量打破金属与金属之间、金属与氧之间的键，而这些键通常具有较高的键能，且远大于扩散氢具备的能量，因此该类涂层材料的阻氢性能较好。何迪等发现晶体结构较致密的氧化铝涂层，其PRF 高于表面结构松散的涂层。Fujita 等研究氧化钇涂层时也得出该结论。第二种机理适用于碳化硅等非金属材料。SiC中含有大量Si—键、C—键等悬挂键，可对氢原子进行捕捉，且破坏Si—H 键和C—H 键需要能量，氢原子难以断键逃脱。Zhang 等发现C—键可与氢原子结合形成C—H 键，C—H 键具有高达411kJ/mol 的键能，能有效防止氢继续扩散进入基材。由于悬挂键与空位对氢原子的捕获作用，制备阻氢层/储氢层的复合涂层结构可提高阻氢涂层性能。
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