Диссертация (1149619)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»На правах рукописиДОСТ Анна ВалериевнаПОДВИЖНОСТЬ ВОДОРОДА В РЕШЁТКЕ СПЛАВОВ Ti-V-Cr ПО ДАННЫМЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСАСпециальность: 01.04.11 – физика магнитных явленийДиссертация на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доцент, к.ф.-м.н.Шеляпина М.Г.Санкт-Петербург – 20162ОглавлениеВведение ........................................................................................................

4Глава 1. Системы металл-водород .................................................................. 121.1 Особенности систем металл-водород .............................................................. 121.2 Диффузия водорода в металлах ........................................................................ 14Резюме главы 1 ........................................................................................................ 20Глава 2. Ядерный магнитный резонанс для изучения систем металл-водород .... 212.1.

Связь ЯМР параметров с характеристиками, определяющими подвижностьводорода в системах металл-водород .................................................................... 212.2. Модель Бломбергена, Парселла и Паунда ...................................................... 252.3. Методики ЯМР эксперимента ......................................................................... 282.3.1. Измерение сигнала свободной прецессии и времени спин-спиновойрелаксации ............................................................................................................

282.3.2. Измерение времени спин-решёточной релаксации .................................. 302.3.3. Измерение коэффициента диффузии ........................................................ 32Резюме главы 2 ........................................................................................................ 34Глава 3 Характеристики исследуемых систем ................................................. 353.1. Сплавы Ti-V-Cr как материалы для хранения водорода ................................

353.2 Синтез и структура сплавов Ti-V-Cr и их гидридов ....................................... 373.3. Влияние добавки 4 вес.% Zr7Ni10 на свойства сплава Ti-V-Cr....................... 473.4. 1Н ЯМР исследования гидридов сплавов Ti-V-Cr .......................................... 49Резюме главы 3 ........................................................................................................ 53Глава 4. Исследование подвижности водорода в гидридах неупорядоченныхсплавов Ti-V-Cr методами ЯМР релаксации .................................................... 5534.1. Детали проведения экспериментов .................................................................

554.2. Спектры 1Н ЯМР .............................................................................................. 554.3. Спин-решёточная релаксация протонов ......................................................... 58Резюме главы 4 ........................................................................................................ 63Глава 5. Диффузия водорода в решётке сплавов Ti-V-Cr ..................................

645.1. Детали проведения экспериментов ................................................................. 645.2. Зависимость коэффициента диффузии водорода от времени диффузии ...... 655.3. Зависимость коэффициента диффузии от температуры ................................ 72Резюме главы 5 ........................................................................................................ 77Глава 6.

Влияние добавки Zr7Ni10 на подвижность водорода в гидридах сплавовTi-V-Cr ......................................................................................................... 796.1. Коэффициент диффузии водорода .................................................................. 796.2. Спин-решёточная релаксация протонов ......................................................... 90Резюме главы 6 ........................................................................................................

92Заключение .................................................................................................. 94Благодарности .............................................................................................. 95Список сокращений ....................................................................................... 96Список литературы ....................................................................................... 97Список публикаций по теме диссертации .......................................................1064ВведениеАктуальность темы исследования.

Проблема поиска альтернативныхисточников энергии особенно актуальна в последние десятилетия. В силу своихфизических и химических свойств, водород является одним из наиболееперспективных источников энергии. Для эффективного развития водороднойэнергетикинеобходиморешитьпроблему храненияводорода.Наиболееэкономически целесообразным и безопасным является хранение в связанномсостоянии, в частности, в составе гидридов металлов [1,2].Материалы для хранения водорода должны обладать рядом свойств:высокая водородоёмкость, низкая температура выхода водорода из решётки,обратимость процесса сорбции водорода и его высокая кинетика, а такжедоступность материала [3].

Магний, благодаря своей распространённости инизкой стоимости, а также высокой водородоёмкости (7.6 вес. %), не толькоявляется одним из наиболее перспективных материалов для хранения водорода,но и уже применяется на практике. Однако из-за медленной кинетики процессасорбции водорода и высокой температуры выхода водорода из решётки,использование магния как материала для хранения водорода ограничено.Ряд недавних исследований показал, что дробление магния в шаровыхмельницах с добавление переходных металлов с объёмно-центрированнойкубической (ОЦК) структурой, таких как V, Nb и другие, значительно ускоряеткинетику сорбции водорода магнием [4–7].

При этом не происходит образованиябинарныхсоединениймагний–переходныйметалл.Быловысказанопредположение, что наночастицы переходного металла являются «окном» дляпроникновения водорода в решётку магния [8–10]. Переходный металл, такой какNb, провоцирует формирование ОЦК структуры магния вблизи границы Nb/Mg[11,12]. Мы предполагаем, что оптимальной добавкой к магнию будет служитьсплав с ОЦК структурой, который, с одной стороны, обладает высокойводородоемкостью, а с другой, характеризуется высоким коэффициентомдиффузии в нем водорода.5Сплавы Ti-V-Cr обладают достаточно высокой для такого классасоединений водородоемкостью, до 3.8 вес.

% [13–15]. Также они демонстрируютвысокую кинетику сорбции водорода, которая может быть дополнительноускорена путём добавление к Ti-V-Cr небольшого количества Zr7Ni10 [16].Несмотря на обилие публикаций по исследованию сплавов Ti-V-Cr и их гидридов,диффузия водорода в них ранее не изучалась.Наиболее мощным инструментом для исследования диффузии водорода врешетке металлов является метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР).Уникальность метода ЯМР заключается в том, что при его помощи можноисследовать процессы, характерные времена которых лежат в широкомдиапазоне.

Кроме того этот метод является неразрушающим и регистрируетсигнал непосредственно от ядер водорода. Метод ЯМР эффективен не только дляисследования диффузии водорода, но и позволяет получить информацию о такихпараметрах движения водорода, как частота перескоков, и энергия активации.Таким образом, исследование подвижности водорода в решётке сплавов TiV-Cr является важной задачей для разработки новых материалов для храненияводорода, а метод ЯМР – необходимым инструментом для решения этой задачи.Целью диссертационной работы являлось систематическое исследованиеподвижности водорода в решётке сплавов Ti-V-Cr и определение композициисплава, наиболее подходящей как для хранения водорода в связанном состоянии,так и в качестве добавки для ускорения кинетики сорбции водорода магнием.Для достижения цели были поставлены следующие задачи: изучение характера диффузии водорода в решётке сплавов Ti-V-Cr; определение влияния концентрации ванадия в сплаве Ti-V-Cr накоэффициент диффузии и энергию активации движения водорода; определение влияния добавок 4 вес.% Zr7Ni10 к сплаву Ti-V-Cr напараметры движения водорода.6Научная новизна.

Впервые измерены коэффициенты диффузии водорода вгидридах сплавов Ti-V-Cr методом статического градиента. Предложено новоеобъяснение характера диффузии водорода в решётке сплавов Ti-V-Cr с учётомвлияния концентрации ванадия в гидриде.Установлено, что концентрация ванадия в сплаве влияет на значенияпараметров,характеризующихподвижностьводородаврешёткесплава(коэффициент диффузии, энергия активации движения водорода). Обнаружено,что в серии (TiCr1.8)1-xVx (x = 0.2, 0.4, 0.6, 0.8) в сплавах с x = 0.4 и 0.6 водородобладает наибольшей подвижностью. В исследуемых соединениях характерзависимостикоэффициентадиффузииводородаотвремениотражаетнеоднородное распределение элементов по образцу, что особенно ярко выраженообразца с низким содержанием ванадия (x = 0.2).В работе также впервые исследовано влияние добавки 4 вес.% Zr 7Ni10 надиффузию водорода в сплавах Ti-V-Cr.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации