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非晶納米化制備Mg儲(chǔ)氫合金晶粒細(xì)化及力學(xué)性能改善機(jī)理

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2024-11-25  瀏覽次數(shù)：3075
氫因其高能量密度和清潔的特性被認(rèn)為是最具吸引力的可再生能源之一。作為整個(gè)氫價(jià)值鏈的一部分，氫儲(chǔ)存技術(shù)是影響氫能實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵因素。根據(jù)所采用的具體儲(chǔ)氫介質(zhì)的不同，氫可以以氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的形式儲(chǔ)存。金屬氫化物具有顯著的儲(chǔ)氫能力、高的體積能量密度和優(yōu)良的安全性。長(zhǎng)期以來(lái)，它們一直被認(rèn)為是固態(tài)儲(chǔ)氫的一種很有前途的途徑包括AB5、AB、AB2、A2B、固溶體和Mg基合金在內(nèi)的幾種金屬體系已經(jīng)被證明和報(bào)道為固態(tài)儲(chǔ)氫材料。盡管有許多研究針對(duì)非晶Mg-RE基合金的納米化，但重點(diǎn)主要集中在納米結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)氫性能的影響上。同時(shí)，化學(xué)成分與結(jié)晶微觀結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系，以及加氫/脫氫循環(huán)過(guò)程中微觀結(jié)構(gòu)的演變，仍需深入研究?；诖?，來(lái)自懷卡托大學(xué)F.Yang團(tuán)隊(duì)采用熔體紡絲法制備了一組非晶Mgx(Ni0.8La0.2)100-x(x=60,70,80)，然后通過(guò)退火結(jié)晶獲得納米晶結(jié)構(gòu)。研究了材料的微觀結(jié)構(gòu)特征，如晶粒尺寸和相組成，并研究了材料的儲(chǔ)氫性能。還討論了化學(xué)成分和相變對(duì)結(jié)晶合金微觀組織特征的影響，從動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)兩個(gè)方面提出了見(jiàn)解。相關(guān)研究成果以“Mechanisms of grain refinement and improved kinetic property of nanocrystalline Mg-Ni-La hydrogen storage alloys prepared by nanocrystallization of amorphous”為題在Journal of Magnesium and Alloys上發(fā)表。

研究人員通過(guò)非晶合金的晶化制備了Mgx(Ni0.8La0.2)100-x，其中x=60、70、80，具有納米晶結(jié)構(gòu)。研究?jī)?nèi)容包括相組成、晶粒尺寸、顯微組織穩(wěn)定性和儲(chǔ)氫性能。結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和原位高能XRD表征表明，隨著La和Ni含量的增加，Mg2Ni和RE-Mg-Ni三元相集中同步結(jié)晶。根據(jù)熱力學(xué)Miedema模型，發(fā)現(xiàn)同步結(jié)晶過(guò)程是由于Mg2Ni和RE-Mg-Ni三元相的密切局部親和力造成的。通過(guò)邊緣匹配模型預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)觀察，驗(yàn)證了Mg2Ni、LaMg2Ni和LaMgNi4之間極有可能存在良好匹配的相結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生了顯著的二次相釘住效應(yīng)。細(xì)而均勻的微觀結(jié)構(gòu)是快速結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和二次相釘釘效應(yīng)的結(jié)果。晶粒細(xì)化和優(yōu)異的顯微組織穩(wěn)定性提高了活化性能和循環(huán)穩(wěn)定性。該項(xiàng)研究揭示了在非晶化路線中，由相組成和結(jié)晶動(dòng)力學(xué)定制的納米晶微觀結(jié)構(gòu)的晶粒細(xì)化機(jī)制。該項(xiàng)研究還展示了由相平衡和晶體學(xué)預(yù)測(cè)指導(dǎo)的材料設(shè)計(jì)的潛力，以改善具有優(yōu)異微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的納米晶體。

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