ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Наноструктурные материалы в настоящее время рассматриваются как перспективное направление в создании систем хранения водорода в связанном виде. Проект направлен на определение механизма взаимодействия водорода с интерметаллическими соединениями в неравновесном состоянии с помощью совокупности структурных, сорбционных и калориметрических методов. Материалы с нанокристаллической высокодефектной структурой будут получены путем высокоэнергетического механического воздействия на металлическую матрицу или предварительной температурной обработкой интерметаллида. Впервые для анализа механизма абсорбции/десорбции водорода будет использована методика калориметрического титрования, позволяющая получать значения энтальпий реакции в широком интервале температур и давлений как функцию содержания водорода в твердой фазе. Большая точность определения энтальпий взаимодействия ИМС—Н2 позволит выявить влияние состава и состояния микроструктуры сплава на процесс абсорбции/десорбции водорода. Будет проведена оценка эффективности применения интерметаллидов с высокой плотностью дефектов кристаллической структуры в качестве новых функциональных материалов в инновационных системах хранения и транспортировки энергетических газов.
Thermodynamic analysis of hydrogen interaction with (TiFe)100-xMx (M=Ni, Co, Nb) nanocrystalline intermetallic compound produced by mechanical alloying has been carried out using microcalorimetric titration technique.
1. Будет отработан и оптимизирован механохимический синтез нескольких трёхкомпонентных сплавов из ряда (TiFe)100-xMx (где M=Ni, Co, Nb) с различным содержанием легирующего компонента, подобрана скорость и время помола для получения однофазных образцов. Образцы также будут синтезированы методом традиционного сплавления. 2. Будет проведен рентгенофазовый анализ исходных образцов и образцов на разных стадиях гидрирования, будет определено увеличение объема решетки интерметаллида в зависимости от содержания и природы легирующего компонента, а также последующее расширение решетки в процессе поглощения водорода. Будут рассчитаны ОКР и концентрации микронапряжений, проведена электронная микроскопия. 3. Будут построены изотермы абсорбции/десорбции синтезированных разными методами трехкомпонентных образцов из ряда (TiFe)100-xMx (где M=Ni, Co, Nb) при нескольких температурах в широком диапазоне давлений. 4. Будут проведены калориметрические исследования взаимодействия водорода с полученными в первый год образцами методом дифференциальной теплопроводящей микрокалориметрии Тиана-Кальве. Будут построены зависимости теплоты взаимодействия водорода с образцами от степени гидрирования, проанализирована динамика гидрирования и дегидрирования каждого образца. 5. Полученные за первый год структурные, водородсорбционные, калориметрические данные для изучаемых образцов будут проанализированы, определено влияние метода синтеза интерметаллида, а также природы и количества легирующего компонента в нем на взаимодействие с водородом.
Авторский коллектив имеет многолетний опыт исследования взаимодействия водорода и других газов с материалами разной природы: интерметаллическими соединениями, металл-органическими каркасными полимерами, композитами. Для синтеза наноструктурных высокодефектных интерметаллических соединений авторами успешно применяется как метод механической активации, так и механохимического синтеза. Мы обнаружили явление упорядочения водородом в соединениях на основе LaNi5 с соотношением атомов переходного металла 2 к 3 и изучили его с помощью метода микрокалориметрии Тиана-Кальве. Влияние природы и количества введенного в нанокристаллические интерметаллиды третьего компонента было исследовано структурными методами, были построены изотермы сорбции/десорбции водорода. Калориметрические данные были успешно применены нами при изучении механизма взаимодействия водорода с интерметаллическими соединениями, полученными различными методами синтеза. По экспериментальному графику зависимости энтальпий сорбции/десорбции от содержания водорода в твердой фазе однозначно можно судить о границах фазовых областей, их изменении вследствие высокоэнергетической механообработки, о равновесности процесса взаимодействия с водородом в различных областях фазовой диаграммы. Метод микрокалориметрии помог выявить механизм адсорбции водорода, метана и углекислого газа металл-органическими каркасными полимерами. Интерпретация полученных экспериментальных данных по сорбции и микрокалориметрии позволила сделать вывод о последовательности внедрения молекул водорода в пористую матрицу каркаса, активности центров адсорбции для молекул водорода, а также получить величины теплот адсорбции различных газов.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Термохимический анализ процессов гидридообразования в структурно модифицированных интерметаллических соединениях |
Результаты этапа: 1. Образцы трёхкомпонентных сплавов из ряда (TiFe)100-xMx (где M=Ni, Co, Nb) были получены методом традиционного сплавления и путем механохимического синтеза. Была подобрана скорость и время помола для получения однофазных образцов. 2. Проведен рентгенофазовый анализ исходных литых и нанокристаллических образцов на разных стадиях гидрирования, определены параметры решетки гидридов в зависимости от содержания и природы легирующего компонента. Рассчитаны ОКР и концентрации микронапряжений, проведена электронная микроскопия. 3. Построены изотермы абсорбции/десорбции синтезированных разными методами трехкомпонентных образцов из ряда (TiFe)100-xMx (где M= Ni, Co, Nb) при 308 К и давлениях до 6 МПа. 4. Проведены калориметрические исследования взаимодействия водорода с образцами, легированными Co и Nb, методом дифференциальной теплопроводящей микрокалориметрии Тиана-Кальве. Построены зависимости теплоты взаимодействия водорода с интерметаллическими соединениями от степени гидрирования, проанализирована динамика гидрирования и дегидрирования каждого образца. Для нанокристаллического Ti42Fe43Ni15 калориметрические исследования не проводили из-за низкой сорбционной емкости образца. 5. Показано, что добавление третьего компонента приводит к уменьшению равновесного давления плато и сорбционной емкости в случае как литого, так и механосинтезированного интерметаллида. Для нанокристаллических образцов значительно увеличивается область твердого раствора, а образование дигидрида полнлстью подавляется. | ||
2 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Термохимический анализ процессов гидридообразования в структурно модифицированных интерметаллических соединениях |
Результаты этапа: 1. Образцы трёхкомпонентных сплавов из ряда (TiFe)100-xNix ,были синтезированы методом традиционного сплавления, а также путем механохимического синтеза. Были подобраны скорость и время помола для получения однофазных образцов. 2. Многокомпонентные сплавы состава Ti20Zr20Hf20Nb20Та20, Ti20Zr20Hf15Nb15Та15V15, Ti25Zr25V15Nb15Та20, Ti20Zr20Hf20Nb20V20 были синтезированы методами электродуговой плавки, механохимического синтеза и ионно-плазменного распыления. 3. Проведен рентгенофазовый анализ исходных образцов и образцов на разных стадиях гидрирования, определено увеличение объема решетки интерметаллида в зависимости от состава, а также последующее расширение решетки в процессе поглощения водорода. Рассчитаны ОКР и концентрации микронапряжений, проведена электронная микроскопия. 4. Изучено взаимодействие нанокристаллических и литых трехкомпонентных образцов (TiFe)100-xNix и многокомпонентных высокоэнтропийных сплавов типа TiZrHfNbТаV с водородом. Построены изотермы абсорбции/десорбции водорода синтезированных разными методами соединений в широком диапазоне давлений, исследовано влияние условий предварительной активации. 4. Проведены калориметрические исследования взаимодействия водорода с образцами (TiFe)100-xNix методом дифференциальной теплопроводящей микрокалориметрии Тиана-Кальве. Построены зависимости теплоты взаимодействия водорода с образцами от степени гидрирования, изучена динамика гидрирования и дегидрирования каждого образца. 5. Проведен анализ влияния химического состава сплавов и состояния поверхности металлических частиц на водородсорбционные свойства, а также механизм взаимодействия с водородом. | ||
3 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Термохимический анализ процессов гидридообразования в структурно модифицированных интерметаллических соединениях |
Результаты этапа: 1. Проведен синтез высокоэнтропийных многокомпонентных сплавов эквиатомного состава TiZrHfNbТаV различными методами: электродуговой плавкой, ионно-плазменным распылением, а также с помощью механохимического метода. Были подобраны скорость и время помола для получения однофазных образцов. 2. Была проведена механохимическая активация интерметаллических соединений LaNi5 и LaNi2.5Co2.4Mn0.1 в шаровой мельнице в течение 1 и 3 минут. 3. Проведен РФА исходных образцов и образцов на разных стадиях активации, определено увеличение объема решетки интерметаллида в зависимости от состава, а также последующее расширение решетки в процессе поглощения водорода. Рассчитаны ОКР и концентрации микронапряжений, проведена электронная микроскопия. 4. Изучено взаимодействие нанокристаллических и литых образцов сплавов типа TiZrHfNbТаV, а также механоактивированных в течение 1 и 3 минут интерметаллидов LaNi5 и LaNi2.5Co2.4Mn0.1 с водородом. Построены изотермы абсорбции/десорбции водорода синтезированных разными методами соединений в широком диапазоне давлений, исследовано влияние условий предварительной активации. 4. Проведены калориметрические исследования взаимодействия водорода с полученными образцами методом дифференциальной теплопроводящей микрокалориметрии Тиана-Кальве. Построены зависимости теплоты взаимодействия водорода с образцами от степени гидрирования, изучена динамика гидрирования и дегидрирования каждого образца. 5. Проведен анализ влияния химического состава сплавов и состояния поверхности металлических частиц на водородсорбционные свойства, а также механизм взаимодействия с водородом. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".