非晶納米化制備Mg儲氫合金晶粒細化及力學性能改善機理

發布日期：2024-11-25 瀏覽次數：2749

氫因其高能量密度和清潔的特性被認為是最具吸引力的可再生能源之一。作為整個氫價值鏈的一部分，氫儲存技術是影響氫能實際應用的關鍵因素。根據所采用的具體儲氫介質的不同，氫可以以氣態、液態和固態的形式儲存。金屬氫化物具有顯著的儲氫能力、高的體積能量密度和優良的安全性。長期以來，它們一直被認為是固態儲氫的一種很有前途的途徑包括AB5、AB、AB2、A2B、固溶體和Mg基合金在內的幾種金屬體系已經被證明和報道為固態儲氫材料。盡管有許多研究針對非晶Mg-RE基合金的納米化，但重點主要集中在納米結構對儲氫性能的影響上。同時，化學成分與結晶微觀結構之間的相互關系，以及加氫/脫氫循環過程中微觀結構的演變，仍需深入研究。基于此，來自懷卡托大學F.Yang團隊采用熔體紡絲法制備了一組非晶Mgx(Ni0.8La0.2)100-x(x=60,70,80)，然后通過退火結晶獲得納米晶結構。研究了材料的微觀結構特征，如晶粒尺寸和相組成，并研究了材料的儲氫性能。還討論了化學成分和相變對結晶合金微觀組織特征的影響，從動力學和熱力學兩個方面提出了見解。相關研究成果以“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上發表。

研究人員通過非晶合金的晶化制備了Mgx(Ni0.8La0.2)100-x，其中x=60、70、80，具有納米晶結構。研究內容包括相組成、晶粒尺寸、顯微組織穩定性和儲氫性能。結晶動力學和原位高能XRD表征表明，隨著La和Ni含量的增加，Mg2Ni和RE-Mg-Ni三元相集中同步結晶。根據熱力學Miedema模型，發現同步結晶過程是由于Mg2Ni和RE-Mg-Ni三元相的密切局部親和力造成的。通過邊緣匹配模型預測和實驗觀察，驗證了Mg2Ni、LaMg2Ni和LaMgNi4之間極有可能存在良好匹配的相結構，從而產生了顯著的二次相釘住效應。細而均勻的微觀結構是快速結晶動力學和二次相釘釘效應的結果。晶粒細化和優異的顯微組織穩定性提高了活化性能和循環穩定性。該項研究揭示了在非晶化路線中，由相組成和結晶動力學定制的納米晶微觀結構的晶粒細化機制。該項研究還展示了由相平衡和晶體學預測指導的材料設計的潛力，以改善具有優異微觀結構穩定性的納米晶體。

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