博士论文-XAFS研究不同温度下TiH2的结构

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题名	博士论文-XAFS研究不同温度下TiH2的结构
作者	周英丽
学位类别	博士
答辩日期	2013
授予单位	中国科学院大学
授予地点	北京
导师	胡天斗
关键词	氢化钛 XAFS 脱氢反应室温相变爱因斯坦温度德拜温度
学位专业	凝聚态物理
中文摘要	金属氢化物作为优良的储氢材料，受到广泛的关注。其中金属钛的吸氢密度比液氢密度大1倍多，形成的金属氢化物TiH2具有优良的贮氢性能，在能源和工业生产中具有重要的应用。氢化钛还存在氢含量可变、Ti-H间距不同的结构各异的缺氢相，这些缺氢相可用于制作缓冲器、反射器或高温防护装备，还有可能用于移动式的核反应堆，是近年研究的热点之一。因材料的结构对性能的改善和应用的开发都有重要的指导作用，故对氢化钛结构变化的研究尤其重要。一般的研究方法有X射线衍射和中子衍射，而X 射线吸收谱学（XAFS）方法作为众多学科领域结构测定方面非常重要的研究手段，具有元素选择和局域敏感等特点，是X射线衍射方法的重要补充。同时，实验技术相对简单，对样品制备的要求也比较低，易于结合温度、压力、电场、磁场等外界条件开展原位研究。因此本论文采用XAFS方法，对TiH2进行原位的高温和低温实验，来研究在不同温度下其结构转变。论文主要包括以下四个方面： 1）通过FEFF程序计算了TiH2 的EXAFS理论谱，重点考察了氢原子及多重散射路径对TiH2 EXAFS理论谱的影响，可以看出氢原子及多重散射对TiH2的EXAFS谱贡献不容忽略，由此提出了通过多重散射来研究氢原子局域环境的可能性。 2）对氢化钛在He气保护和真空两种不同环境下，进行高温热分解过程的EXAFS实验，解析实验数据得到热分解脱氢的开始分解温度和结构变化。氢化钛在He气氛围中450℃开始脱氢，真空中350℃就已经开始脱氢反应。在He气氛围中氢化钛开始脱氢后由δ相FCC结构转变为β(TiHx)相BCC结构，更高温度时被氧化。在真空中，我们分析得到脱氢反应中的相变过程如下：δ(TiH2)→δ(TiHx)→δ(TiHx)+β(TiHx)→δ(TiHx)+β(TiHx)+α(Ti)→β(TiHx)+α(Ti)→β(Ti)+α(Ti)，冷却后是α-Ti相。 3）利用EXAFS拟合时对氢原子参与多重散射路径的研究，得到高温脱氢过程中氢原子化学计量比的变化，显著地看到氢原子存在的影响，为探测氢原子的局域结构提供了一种思路。 4）我们拟合一系列氢化钛低温（10K-310K）EXAFS谱，得到氢化钛由四方到立方相的转变温度在290k到298k之间；相变过程中Ti-Ti键长和晶格参数都连续变化。我们分别用爱因斯坦模型和德拜模型模拟无序度因子随温度的变化，得到c轴方向的Ti-Ti1和共底面的Ti-Ti2配位层的爱因斯坦温度分别为320K和305K，德拜温度分别为444K和421K。
语种	中文
学科主题	凝聚态物理
公开日期	2016-02-25
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/209584]
专题	多学科研究中心_学位论文和出站报告
作者单位	中国科学院高能物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	周英丽. 博士论文-XAFS研究不同温度下TiH2的结构[D]. 北京. 中国科学院大学. 2013.