Диссертация (1149619), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Показано, что добавление Zr7Ni10 ведет кмикроструктурированию сплава, но не влияет на характер диффузии водорода внем.На основе проведенных исследований предложена композиция сплава,наиболее подходящая как для хранения водорода в связанном состоянии, так и вкачестве добавки для ускорения кинетики сорбции водорода магнием.Практическая ценность. Результаты диссертационной работы имеютпрактическую значимость в области водородной энергетики. В частности, сплавыTi-V-Crзасчётсвоихфизическихихимическихсвойствявляютсяперспективными материалами, как для хранения водорода, так и для еготранспортировки в решетку магния, обладающего большей водородоёмкостью.Предполагается, что проведенные исследования помогут разработать материалыдля хранения водорода с улучшенными свойствами.Достоверность полученных результатов обеспечивается использованиемхорошо апробированных методов измерения на основе явления магнитного7резонанса.Выводыработывоспроизводимыихорошосогласуютсясимеющимися экспериментальными и теоретическими данными.Положения, выносимые на защиту:1.
В сплавах Ti-V-Cr существуют области размером несколько микрометров сразличным распределением элементов. Границы между этими областямичетко выражены, но являются проницаемыми для водорода.2. Коэффициент диффузии и энергия активации движения водорода в решеткеTi-V-Cr зависят от концентрации ванадия. В серии (TiCr1.8)1-xVx (x = 0.2, 0.4,0.6, 0.8) в сплавах с x = 0.4 и 0.6 водород обладает наибольшейподвижностью.3.
Добавление 4 вес. % Zr7Ni10 к исследуемым сплавам Ti-V-Cr не оказываетсущественного влияния ни на характер диффузии, ни на величину энергииактивации движения водорода в решетке сплава.Личный вклад автораВсе результаты, представленные в работе, получены автором лично, либо всоавторстве при её непосредственном участии. Вклад автора в результаты,представленные в рамках диссертационной работы, является определяющим.Общая постановка целей и задач исследований в рамках диссертационной работыпроведена совместно с научным руководителем работы Шеляпиной М.Г.Апробация работыМатериалы диссертации докладывались на следующих конференциях: 8-ая, 9-ая и 10-ая Зимние молодежные школы-конференции «Магнитныйрезонанс и его приложения» (Санкт-Петербург, 2011, 2012, 2013); VI Всероссийская конференция молодых учёных, аспирантов и студентов смеждународным участием «Менделеев-2012» (Санкт-Петербург, 2012); Всероссийская научная конференция студентов физиков (Красноярск,2012);8 International Student Conference «Science and Progress» (Saint Petersburg,2011, 2012, 2014, 2015); 8th, 9th, 10th International Symposium and Summer School «NMRCM» (SaintPetersburg, 2011, 2012, 2013); 3-rdRussian-MexicanworkshoponNanoparticles,NanomaterialsandNanoprocessing (Saint Petersburg, 2013); European Magnetic ResonanceMeeting EUROMAR (Hersonisson, Greece, 2013); 14th International Symposium on Metal-Hydrogen Systems: Fundamentals andapplications» (Manchester, United Kingdom, 2014); International Conference onHydrogen Storage, Embrittlement and Applications (Rio de Janeiro, Brazil,2014); Междисциплинарный научный форум «Новые материалы.
Дни науки.Санкт-Петербург 2015», (Санкт-Петербург,резонанс:от2015);Международныйфундаментальныхсимпозиумисследованийк«Магнитныйпрактическимприложениям», (Казань, 2016); 20th International Conference on Solid Compounds of Transition Elements,(Zaragoza, Spain, 2016).Выступления на международной студенческой конференции «Science andProgress» (Saint Petersburg) в 2012 и 2014 годах были отмечены дипломами залучший устный доклад.
Измерения, представленные в диссертационной работе,проводилисьУниверситет,вИнститутеГермания)ТвёрдогоприТела(ДармштадтскийподдержкеТехническийНемецко-РусскогоИнтердисциплинарного Научного Центра (G-RISC, 2012-2015). Проект «ЯМРисследования подвижности водорода в новых функциональных материалах дляводородной энергетики», выполняемый в рамках диссертационной работы, былподдержан Германской службой академических обменов (DAAD), программа«Дмитрий Менделеев» (2014-2015).
Проект «Подвижность водорода в новыхфункциональных материалах для водородной энергетики по данным ядерногомагнитного резонанса», выполняемый в рамках диссертационной работы,9поддержан грантом Правительства Санкт-Петербурга для аспирантов (2015 год).За работу в рамках диссертационной работы автор награждена именнойстипендией Правительства РФ (2015-2016).Публикации по результатам работыМатериалы диссертации опубликованы в 22 печатных работах, в том числев 3 [A1 – A3] статьях ведущих рецензируемых зарубежных научных журналов,входящих в перечень ВАК и 19 тезисах докладов [A4 – A22].Структура и объём диссертацииДиссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения.Полный объём диссертации составляет 109 страниц с 43 рисунками и 14таблицами.
Список литературы содержит 102 наименований.Вовведенииобосновываетсяактуальностьисследуемойпроблемы,сформулированы цели и задачи диссертационной работы, описаны научнаяновизна, практическая ценность и основные защищаемые положения. Такжеприводятся сведения о публикациях и апробации работы на конференцияхразличного уровня.В первой главе введено понятие систем металл-водород и приведён обзорэкспериментальных исследований этих систем. Подробно рассмотрен процессдиффузии водорода в гидридах металла, в частности, типы зависимой от временидиффузии.
Обсуждаются современное состояние и проблемы исследованийподвижности водорода в гидридах металлов.Во второй главе рассмотрены основные методики ядерного магнитногорезонанса, используемые для комплексного исследования гидридов Ti-V-Cr.Приведено краткое описание используемого оборудования и импульсныхпоследовательностей. Особое внимание уделено описанию методике измерениякоэффициента диффузии в поле со статическим градиентом. Обсуждена связьпараметров, определяемых в эксперименте, с физическими и химическимисвойствами системы, а также с динамическими характеристиками атомов10водорода в гидриде: рассмотрены вопросы расчёта энергии активации, используякак результаты измерений коэффициентов диффузии, так и данные исследованияспин-решёточной релаксации.
Приведено подробное описание использованияметода ЯМР для изучения подвижности водорода в системах металл-водород, атакжеперечислены основныемодели,используемыедляинтерпретациирезультатов измерений времён релаксации протонов в металлах.В третьей главе основное внимание уделено описанию характеристиксистем, исследуемых в работе. Подробно описан метод синтеза образцов,приведены структурные данные гидридов сплавов Ti-V-Cr, описаны свойства этихсистем. Приведены данные о распределении элементов сплава, играющем важнуюроль в образовании потенциала, в котором движутся атомы водорода. Этоявляется важной характеристикой микроструктуры соединений, оказывающейвлияние на характер диффузии водорода в решётке.
Показано, что при помощидобавки Zr7Ni10 к основному сплаву, можно ускорить процесс сорбции водорода.Приведён краткий обзор исследований идентичных систем, обобщены ихосновные результаты.В четвёртой главе представлены результаты исследования подвижностиводорода в сплавах Ti-V-Cr, полученные в ходе этой работы, используя методыЯМР спектроскопии и релаксометрии. Обсуждена связь электронного окруженияводорода с положением линии ЯМР на спектре, определены значения энергийактивации и времён корреляции водорода в гидридах, а также выполненосравнение полученных параметров с более ранними работами.Пятая глава содержит основные результаты измерения коэффициентовдиффузии водорода в гидридах сплавов Ti-V-Cr, а также их анализ.
Представленырассчитанные величины средних смещений атомов водорода за время ихдиффузии, а также получены функции их зависимости от времени. Порезультатам измерений коэффициентов диффузии водорода от времени быливыбраны параметры эксперимента для измерения истинного коэффициентадиффузиииегозависимостиоттемпературы.Анализтемпературныхзависимостей коэффициента диффузии проводился с использованием модели11Аррениуса, позволяющей определить значения энергий активации движенияводорода в решётке. В результате исследования характера диффузии и параметровдвижения водород в решётке построены зависимости этих параметров отконцентрации ванадия в сплаве. На основе этих зависимостей предложен составсплава, являющейся наилучшим как для хранения водорода в связанномсостоянии, так и в качестве добавки для ускорения кинетики сорбции водородамагнием.Шестая глава посвящена изучению влияния добавок 4 вес.% Zr7Ni10 ксплавам Ti-V-Cr на диффузию водорода, процесс протонной релаксации, а такжена основные параметры движения водорода в решётке.Основные результаты работы изложены в выводах к каждой главе иобобщены в заключении.12Глава 1.
Системы металл-водород1.1 Особенности систем металл-водородСистемы металл-водород имеют ряд специфических особенностей в связи схарактером взаимодействия водорода с металлом. Энергия атома водорода в газевыше, чем в молекуле, и поэтому в газовой фазе водород всегда находится в видемолекул H2. Проникновение водорода в решётку металла происходит в несколькоэтапов. Сначала молекула H2 адсорбируется на поверхности металла, затемдиссоциирует,послечегоатомыводородапереходятсначалавприповерхностный слой металла, а затем в объем.
Проникновение водорода врешётку металла и последующее увеличение его концентрации часто приводит кзначительнымизменениямсвойствматериала.Поглощённыйводородраспределяется по междоузлиям решётки, увеличивая объём материала, изменяятип его кристаллической решётки и электронную структуру.Интерес к изучению систем металл-водород объясняется возможностью ихширокого применения, например, в качестве материалов для хранения водородаили материалов для очистки водорода [17].
Хранение водорода является важнойи актуальной задачей, потому что водород, в том числе, может использоваться вкачестве альтернативного источника энергии.Это приложение водородаобусловлено такими его характеристиками, как высокая распространённость,высокая теплота сгорания, а также то, что продуктом его сгорания является вода.Хранение водорода в связном состоянии является наиболее энергетическивыгодным способом решения этой задачи. В случае хранения водорода в формегидрида отпадает необходимость в тяжёлых баллонах, необходимых прихранении газообразного водорода в сжатом виде, или сложных в изготовлении идорогостоящих сосудов для хранения водорода в жидком виде, упрощаетсятранспортировка водорода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
