一種利用應(yīng)力改善鎂基氫化物釋氫熱力學(xué)的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于氫儲存【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用應(yīng)力改善鎂基氫化物釋氫熱力學(xué)的方法。該方法以磁致伸縮材料作為第二相，采用磁控濺射法制備鎂基氫化物與磁致伸縮材料交替沉積的納米多層薄膜，并在薄膜周圍施加維數(shù)、強度、方向及各向同/異性可變的外加磁場，利用磁致伸縮材料的伸縮效應(yīng)在多層膜間誘生出屬性(包括單/雙/三軸、不同大小、拉/壓、各向同/異性)可控的界面應(yīng)力，使其作用于鎂基氫化物，導(dǎo)致其晶格畸變甚至相變而呈現(xiàn)為穩(wěn)定性降低的亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)，進而實現(xiàn)降低鎂基氫化物釋氫反應(yīng)焓與釋氫溫度的目的。本發(fā)明所使用的原材料容易獲得，材料制備方法發(fā)展成熟，且其操作方便、過程可控，是一種有效改善鎂基氫化物釋氫熱力學(xué)性能的方法。
【專利說明】一種利用應(yīng)力改善鎂基氫化物釋氫熱力學(xué)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氫儲存【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種儲氫材料改性技術(shù)，特別是利用應(yīng)力來改善鎂基氫化物釋氫熱力學(xué)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氫能作為一種潔凈的能源載體，在未來可持續(xù)綠色能源戰(zhàn)略中占有舉足輕重的地位。提供安全、高效、經(jīng)濟的氫儲存技術(shù)則是氫能規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵。鎂基固態(tài)儲氫材料，因其質(zhì)輕、價廉、資源豐富，且質(zhì)量與體積儲氫密度(7.6wt%與IlOkg.m_3)均滿足車用氫源系統(tǒng)的要求(5.5wt%與40kg.m_3)，被公認為是極具發(fā)展?jié)摿Φ能囕d儲氫材料之一。然而，其實際應(yīng)用卻面臨著吸/釋氫熱、動力學(xué)障礙，主要表現(xiàn)在:熱力學(xué)方面，其氫化物釋氫溫度偏高(300?);動力學(xué)方面，吸/釋氫速率緩慢。作為車載儲氫材料應(yīng)用，最終目標(biāo)是希望其在0.1MPa氫壓下釋氫溫度低于80°C，且體系還需兼有快速的吸/釋氫速率。SHAPE\* MERGEF0RMAT為達到該目標(biāo)，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究工作并取得了階段性進展。如今，鎂基儲氫材料吸/釋氫動力學(xué)緩慢的問題已基本解決，在納米結(jié)構(gòu)與催化劑的協(xié)同作用下，體系在幾分鐘內(nèi)即可完成吸/釋氫；然而，其釋氫溫度的大幅度降低仍面臨嚴峻挑戰(zhàn)。雖然研究者采用納米結(jié)構(gòu)調(diào)制、化學(xué)合金化、調(diào)整反應(yīng)路徑等方式在改善鎂基儲氫材料釋氫熱力學(xué)上已取得較大突破，但離實際應(yīng)用尚存在一定距離。因此，尋求一種改善鎂基氫化物釋氫熱力學(xué)的有效改性方式將有助于推進鎂基儲氫材料的實用化進程。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種利用可調(diào)制的應(yīng)力來改善鎂基氫化物釋氫熱力學(xué)的方法。
[0004]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
1.材料結(jié)構(gòu)為具有伸縮效應(yīng)的磁致伸縮材料與鎂基氫化物交替沉積的/?[鎂基氫化物/磁致伸縮材料]納米多層薄膜結(jié)構(gòu)；
2.納米多層薄膜采用磁控濺射法制備；
3.在多層薄膜周圍施加維數(shù)(一維/二維/三維)、強度、方向、各向同/異性可變的磁場，磁場由兩塊/四塊/六塊永磁體異性相對置于多層薄膜的兩側(cè)/四側(cè)/六側(cè)而形成；
4.通過改變磁場的維數(shù)、強度、方向及各向同/異性，利用不同磁場作用下磁致伸縮材料的伸縮效應(yīng)，實現(xiàn)對界面應(yīng)力/應(yīng)變狀態(tài)(單軸/雙軸/三軸、不同大小、拉/壓及各向同/異性)的可控調(diào)制；
5.在界面應(yīng)力作用下，鎂基氫化物層會發(fā)生不同程度晶格膨脹或收縮，導(dǎo)致其晶格畸變甚至相變，由于應(yīng)變能的貢獻，鎂基氫化物Gibbs自由能升高，熱力學(xué)穩(wěn)定性下降而呈現(xiàn)為亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)降低釋氫反應(yīng)焓與釋氫溫度的目的，且其降低幅度可通過改變磁場屬性來調(diào)控；
6.本發(fā)明所使用的原材料容易獲得、材料制備方法成熟，且其操作方便、過程可控，是一種有效改善鎂基氫化物釋氫熱力學(xué)的方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]圖1是/?[MgH2/TbFe2]納米多層薄膜示意圖。
[0006]圖2是/?[MgH2/TbFe2]納米多層薄膜周圍磁場布置示意圖。(a) —維磁場；(b) 二維磁場；(C)三維磁場。
[0007]圖3是應(yīng)力改善MgH2氫化物釋氫熱力學(xué)的原理圖。
【具體實施方式】
[0008]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明:
本發(fā)明所采用的儲氫材料結(jié)構(gòu)是由磁致伸縮材料I和鎂基氫化物2交替沉積的二維[鎂基氫化物/磁致伸縮材料]納米多層薄膜結(jié)構(gòu)(見圖1);鎂基氫化物為質(zhì)輕、價廉、質(zhì)量與體積儲氫密度高(7.6wt%與IlOkg.m_3)的MgH2,厚度約為2(T800nm ;磁致伸縮材料為伸縮應(yīng)變大、響應(yīng)速度快、可靠性好的TbFe2超磁致伸縮材料，厚度約為l(T400nm ;納米多層薄膜采用磁控濺射法制備；在制備好的/7[MgH2/TbFe2]納米多層薄膜周圍施加維數(shù)(一維/ 二維/三維)(見圖2)、強度、方向、各向同/異性可變的磁場，磁場由兩塊/四塊/六塊永磁體3異性相對置于多層薄膜的兩側(cè)/四側(cè)/六側(cè)構(gòu)成；通過改變磁場的維數(shù)、強度、方向及各向同/異性，利用不同磁場作用下TbFe2磁致伸縮材料I的伸縮效應(yīng)，實現(xiàn)對多層薄膜界面應(yīng)力~)/應(yīng)變(￡)狀態(tài)(單軸/雙軸/三軸、不同大小、拉/壓及各向同/異性)的可控調(diào)制(見圖3);與TbFe2磁致伸縮材料I接觸的MgH2氫化物層2在不同界面應(yīng)力作用下，將發(fā)生不同程度的 面/內(nèi)外晶格膨脹或收縮，致使其晶格畸變甚至相變；由于應(yīng)變能的貢獻，MgH2氫化物2的Gibbs自由能升高,熱力學(xué)穩(wěn)定性下降而呈現(xiàn)為亞穩(wěn)結(jié)構(gòu),其釋氫反應(yīng)焓與釋氫溫度將會降低，且其降低幅度可通過改變磁場屬性來調(diào)控。
【權(quán)利要求】
1.一種利用應(yīng)力改善鎂基氫化物釋氫熱力學(xué)的方法，其特征在于:材料結(jié)構(gòu)為磁致伸縮材料I與鎂基氫化物2交替沉積的/7 [鎂基氫化物/磁致伸縮材料]納米多層薄膜結(jié)構(gòu)，且在多層薄膜周圍施加維數(shù)(一維/ 二維/三維)、強度、方向及各向同/異性可變的外加磁場。
2.如權(quán)利要求1所述的一種利用應(yīng)力改善鎂基氫化物釋氫熱力學(xué)的方法，其特征在于:所述交替沉積納米多層薄膜的方法為磁控濺射法。
3.如權(quán)利要求1所述的一種利用應(yīng)力改善鎂基氫化物釋氫熱力學(xué)的方法，其特征在于:所述鎂基氫化物為MgH2，其厚度約為2(T800nm。
4.如權(quán)利要求1所述的一種利用應(yīng)力改善鎂基氫化物釋氫熱力學(xué)的方法，其特征在于:所述磁致伸縮材料為TbFe2超磁致伸縮材料，厚度為l(T400nm。
5.如權(quán)利要求1所述的一種利用應(yīng)力改善鎂基氫化物釋氫熱力學(xué)的方法，其特征在于:所述磁場是由兩塊/四塊/六塊永磁體3異性相對置于多層薄膜的兩側(cè)/四側(cè)/六側(cè)而形成 。
【文檔編號】C23C14/06GK103882396SQ201410065017
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】張健, 毛聰, 華熳煜 申請人:長沙理工大學(xué)