Исследование подвижности водорода в соединениях со структурами С15, А15 и В1 методом ЯМР

• Автор: Солонинин, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 143 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Водород в металлах и в интерметаллических соединениях

(Литературный обзор)

1.1. Влияние водорода на свойства металла

1.2. Подвижность водорода в металлах и в сплавах

1.3. Водород в интерметаллических соединениях

со структурой С15

1.4. Водород в интерметаллических соединениях

со структурой А15

1.5. Гидрированные нестехиометрические карбиды
ниобия и титана
1.6. Постановка задачи 29 Глава 2. Связь времени спин-решеточной релаксации
с микроскопическими параметрами систем металл-водород
2.1. Электронный вклад в спин-решеточную релаксацию
2.2. Исследование атомного движения с помощью измерений времени спин-решеточной релаксации
2.3. Распределение энергий активации
2.4. Два частотных масштаба перескоков водорода
Г лава 3. Образцы и методика эксперимента
3.1. Образцы
3.2. Методика гидрирования образцов
3.3. Методика ЯМР 5
3.3.1. Импульсный спектрометр ЯМР
3.3.2. Измерение времени спин-решеточной релаксации 57 Глава 4. Особенности движения водорода в соединениях
ШМогЩ Д,) и TaV2D,

4.1. Экспериментальные результаты
4.2. Электронный вклад в скорость спин-решеточной релаксации
4.3. Диффузия на далекие расстояния
4.4. Особенности локального движения в соединениях ШМогЩЦ,) и ТаУ2а
4.4.1. Локальное движение в гидрированном соединении Н£Мо2Но.4
4.4.2. Локальное движение в дейтерированных соединениях ШМо2(Ц,) и ТаУ2Ц,
4.5. Выводы 92 Глава 5. Исследование диффузии водорода в интерметаллическом
соединении №зА1Н*
5.1. Экспериментальные результаты
5.2. Корринговский вклад в скорость спин-решеточной релаксации
5.3. Особенности движения водорода
5.4. Выводы 108 Г лава 6. Подвижность водорода в нестехиометрических карбидах
ниобия и титана
6.1. Эксперимент
6.2. Электронный вклад в скорость спин-решеточной релаксации
6.3. Кросс-релаксационный вклад в скорость спин-решеточной релаксации
6.4. Особенности движения водорода в карбидах
ниобия и титана
6.5. Выводы
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Системы металл-водород представляют значительный интерес с точки зрения фундаментальных исследований, поскольку они могут играть роль модельных объектов для изучения широкого круга физических явлений в твердых телах. Здесь можно выделить два аспекта: 1) Водород выступает в качестве легирующего элемента, позволяющего плавно (и во многих случаях обратимо) изменять механические и электронные свойства металлической матрицы. 2) Атомы водорода в металле образуют собственную подсистему с весьма необычными свойствами. Прежде всего, необходимо отметить сильное взаимодействие между атомами Н, имеющее дальнодействующий характер, что обусловливает большое разнообразие фазовых переходов в водородной подрешетке. Атомы водорода в металлах обладают очень высокой диффузионной подвижностью, которая на много порядков превышает подвижность других атомов внедрения в твердых телах и сравнима с подвижностью в жидкостях. Водородная подсистема в металлах проявляет отчетливые квантовые свойства даже при комнатной температуре. Это обусловлено тем, что из-за малой массы атомов Н энергия их нулевых колебаний велика и по порядку величины составляет 0.1 эВ. Поскольку отношения масс различных изотопов водорода (Н, Б, Т) также весьма велики, для систем металл-водород характерны значительные изотопические эффекты во многих свойствах.
Системы металл-водород имеют также существенное прикладное значение. Фактически все современные основные направления развития энергетики предполагают использование этих систем. Для атомной энергетики это связано с созданием термостабильных замедлителей и вообще специального класса конструкционных материалов, для термоядерной энергетики - с поведением так называемой первой стенки термоядерных реакторов, для водородной энергетики - с хранением, транспортировкой и

Здесь /Н и /М - СПИНЫ, Ун и Ум - гиромагнитные отношения, % И СОм -резонансные частоты ядер Н и М, соответственно. Спектральные плотности ■/?)(со) представляют собой преобразования Фурье от парных
корреляционных функций Сг,)(г‘) и определяются следующими
соотношениями:
/^(ф) = 2Яе |0^(/)ехр(—/а>?)А , о
^2?(Пу.)

(2.6)
(2.7)
(2.8) (2.9)
Угловые скобки в (2.7) обозначают ансамблевое усреднение по всем парам спинов г и _/ (типа НН или НМ для функций Jння Проблема вычисления скоростей релаксации сводится к определению корреляционных функций <3®(/) для конкретного вида атомного движения. Для диффузии водорода в металлах не удается вычислить 6г(?) в аналитическом виде, за исключением ряда предельных случаев. Поэтому приходится использовать результаты численных расчетов или приближенные модели. Простейшая (и широко используемая) модель С?®(<) была