Нейтронная спектроскопия и структурный анализ гидридов хрома и алюминия

• Автор: Сахаров, Михаил Константинович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 116 с. : ил.

ГЛАВА I. Литературный обзор

1.1 Кристаллическая и магнитная структуры, динамика решётки и фазовые диаграммы гидридов переходных Зо'-металлов.
I « • , ,

1 -Е2 Состояние и проблемы исследований гидридов алюминия.

ГЛАВА II. Методика эксперимента

2.1 Рентгеновская и нейтронная дифракция. Определение кристаллической и магнитной структуры гидридов.

2.2 Нейтронная спектроскопия гидридов.

2.3 Химические методы получения гидридов хрома и алюминия

2.4 Прямой синтез гидридов при высоком давлении водорода.

2.5 Анализ содержания водорода в гидридах методом термодесорбции.

Глава III. Кристаллическая структура, магнитные свойства и

динамика решётки ГЦК и ГПУ гидридов хрома
3.1 Нейтронографическое исследование кристаллической и магнитной структуры. Магнитные свойства гидридов хрома и поведение кривых Полинга-Слэтера для ГЦК и ГПУ сплавов 3<Аметаллов в области низких электронных концентраций.
3.2 Исследование методом неупругого рассеяния нейтронов. Динамика решетки ГЦК и ГПУ гидридов хрома и аномальная зависимость энергии оптических колебаний водорода в моногидридах 3 іі-металлов от межатомного расстояния.
ГЛАВА IV. Нейтронная спектроскопия.а-модификаций А1Нз и А1Б3
4.1 Низкоэнергетические решеточные моды. Исследования с помощью нейтронного спектрометра ИЕКА-РК обратной геометрии.
4.2 Оптическая полоса высокоэнергетических растягивающих колебаний. Исследования с помощью нейтронного спектрометра НКМЕСБ прямой геометрии.
4.3 Анализ локальных колебаний примесных атомов Н в образце АЮ3.
4.4 Построение кривых плотности фононных состояний в А1Н3 и АГО3.
Глава V. Термодинамические свойства А1Н3 и АЮ3
5.1 Расчет температурных зависимостей теплоёмкости Су до 900 К из плотности фононных состояний. Сравнение с экспериментом при температурах до 350 К.
5.2 Рентгенографическое исследование теплового расширения до 350 К. Расчет температурных зависимостей теплоёмкости СР до 900 К.
5.3 Расчет термодинамических функций а-А1Н3 и фазовой Т-Р диаграммы системы А1-Н при температурах до 900 К и давлениях водорода до 90 кбар.
5.4 Экспериментальное построение фазовой Т-Р диаграммы системы А1-Н методом закалки под давлением.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

Актуальность. Большой и устойчивый интерес к исследованию гидридов металлов в последние десятилетия обусловлен, прежде всего, расширением области применения гидридов в технике и, в. особенности, перспективами их использования. В той или иной степени изучение поведения водорода- в металлах связано с основными направлениями решения- энергетической проблемы: ядерной, термоядерной и водородной энергетикой. Создание термостабильных замедлителей для ядерных реакторов, проблемы диффузии изотопов водорода через первую стенку термоядерных аппаратов, эффективное извлечение, хранение и транспортировка водорода, водородное охрупчивание -все эти и сопутствующие задачи делают необходимым углубление понимания металл-водородных систем.
Диссертационная работа посвящена изучению ГЦК и ГПУ гидридов хрома; и наиболее плотной и термически устойчивой а модификации гидрида: алюминия, исследование которых методами' нейтронной физики представлялось наиболее актуальным и эффективным.
Исследование гидрида А1Н3 было интересно как с научной, так и с практической точки зрения. Гидрид метастабильно устойчив при нормальных условиях, нетоксичен и при этом содержит примерно вдвое больше атомов водорода на единицу объема, чем жидкий водород, и примерно в пять раз больший процент водорода: по массе, чем используемое в аккумуляторах водорода соединение БегПН2. В связи с этим, А1Нз является одним из самых перспективных материалов для хранения и транспортировки водорода, и его всестороннее экспериментальное и теоретическое изучение интенсивно ведется практически во всех промышленно развитых странах. Главным сдерживающим фактором для широкого применения гидрида алюминия в энергетике сейчас является отсутствие информации, как обратимо переводить А1Н3 в А1+Н2 и обратно и при каких условиях это возможно. Первоочередная задача в этом
2.3 Химические методы получения гидридов хрома и алюминия.

Образцы гидридов у-СгН и е-СгН, каждый весом около 1.5 г, были получены в Институте физической химии Польской академии наук как, описано в работах [28], [30]. Образцы гексагонального г-СгН были
приготовлены электроосаждением СгОз (чистоты 99.99%) в серной кислоте по методике Кнёдлера [72]. Анодом служила платиновая сетка, а катодом -латунный диск. Использовалась плотность пульсирующего постоянного тока, равная 15 А/дм2, а температура раствора поддерживалась около 20°С. Гидрид у-СгН с кубической решёткой был получен методом, описанным в работе [73] Стоком и Хардкаслом, но с небольшими изменениями [30]. Во-первых, было обнаружено, что лучший интервал температур между 4 и 6° С, но это значение должно поддерживаться непосредственно на катоде, а не в ванне. Во-вторых, меньшая плотность тока обеспечивает лучшую чистоту гидрида по отношению к водороду. После нанесения образцы промывали в разбавленной азотной кислоте, чтобы растворить остатки меди, прилипшие к слою образца. Далее гидриды хрома промывали в холодной воде, сушили и измельчали в порошок. Полученные таким методом гидриды хрома достаточно стабильны' при комнатной температуре и не теряют значительно водород в течение нескольких часов [30]. Хранение образцов производилось при темперетуре жидкого азота, чтобы предотвратить их термическое разложение.
А1Н3 был синтезирован путём эфирной реакции А1С13 с 1лА1Н4 (2.6), чтобы получить эфиры тригидрида алюминия А1Н3-0.3[(С2Н5)О] [39].
(С2Н5)20
31лА1Н4 + А1С13 > 4А1Н3| +31ЛСЦ (2.6)
Удаление связанных эфирных комплексов было достигнуто с помощью нагрева раствора А1Н3 в вакууме в присутствии комплексов металл гидридов (1лА1Н4, 1ЛВН4). Синтез очень чувствителен к условиям десольвации (т.е. температуре и времени), и небольшие их вариации могут привести к образованию различных полиморфых модификаций А1Н3 [43].