Ti-V合金氢化物氢同位素效应的研究

论文摘要

研究了Ti0.76V0.24,Ti0.51V0.49和Ti0.25V0.75三种合金及其氢化物的结构、吸氕、氘的热力学与动力学行为,测得了热力学、动力学参数和H-D平衡分离因子。结合理论模拟研究结果,获得了Ti—V合金的氢同位素效应。 Ti—V合金及其氢化物的结构确定,应用了XRD相结构分析和理论计算的方法。得到的结果是:研究的三种Ti—V合金为b.c.c结构,晶胞参数为0.3141nm;其纯β氢化物是f.c.c结构,晶胞参数为0.4314nm;Ti—V合金具有较好的稳定性,吸氕、氘后不发生分解。 对三种合金吸氕、吸氘的p—c—T关系进行了研究,得到了与XRD分析相同的结论,即Ti—V合金吸氕氘的相转变坪台要在c>1.0后才能出现。在c<1.0范围内,Ti—V合金的氢化物为Q相,其XRD谱图与Ti—V合金的XRD谱图相似,并且,Ti—V合金吸氕氘近似遵从Sievert（希乌尔）定律。应用Sievert（希乌尔）定律和Van’t Hoff（范德霍夫）方程分别计算了三种合金吸氕氘的热力学参数。在c<1.0范围内,三种合金吸氕氘的焓值随着合金中Ti含量的增加而增大;在c>1.0范围内,三种合金吸氕氘的焓值随着合金中Ti含量的增加而减少。Ti—V合金吸氕氘的热力学同位素效应不明显,但总体趋势是在相同条件下,氘的平衡压力略高于氕的平衡压力,表明氕化物比氘化物稳定。对三种合金—氢同位素体系的氢同位素效应进行了理论计算,得到各体系的总能量值和晶胞结构,通过比较得出Ti—V合金氕化物的稳定性>氘化物的稳定性>氚化物的稳定性。 测得了三种合金吸氕氘的动力学曲线,发现三种合金吸氕氘动力学不遵从常见的气—固反应动力学方程,动力学过程十分复杂,同时受到温度、时间、氢同位素的压力、氢同位素在金属中的组成等诸多因素的影响。通过研究归纳,得到三种合金吸氕氘的动力学方程及适用范围为: 三种合金吸氕氘表现出明显的动力学氢同位素效应。Ti—V合金吸氕氘比较,吸氕的速率快、表观反应速率常数大、表观活化能低。表明氕易在固相中富集,而氘则在气相中富集。 利用四极质谱仪测量了三种合金吸氕氘混合气体的平衡分离因子。结果是三种合金的氕氘分离因子数值均大于1,表明氘在气相中得到富集,而氕在固相中

论文目录

• 第一章 概述
• 1.1 金属氢化物的分类与基本性质
• 1.2 金属氢化物的应用
• 1.3 本工作的研究目标与计划
• 第二章 Ti—V合金的制备与物相分析
• 2.1 Ti—V合金的制备
• 2.2 Ti—V合金的物相分析
• 2.3 小结
• 第三章 Ti—V合金与氢同位素作用的热力学同位素效应研究
• 3.1 金属及合金吸氢热力学研究的基本理论
• 3.2 Ti—V合金—氢同位素体系的热力学特性
• 3.3 Ti—V合金—氢同位素体系的热力学同位素效应
• 3.4 理论计算
• 3.5 小结
• 第四章 Ti—V合金与氢同位素作用的动力学同位素效应研究
• 4.1 金属氢化物动力学基本理论
• 4.2 Ti—V合金氢化物的动力学
• 4.3 Ti—V合金吸氢的速率常数
• 4.4 Ti—V合金吸氢的动力学同位素效应
• 4.5 小结
• 第五章 Ti—V合金吸氕氘混合气体的分离因子的测定
• 5.1 四极质谱仪的校准
• 5.2 Ti—V合金—氕氘体系的分离因子
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录A 论文发表情况
• 附录B 理论计算数据
• 附录C 动力学方程的推导