LaNi-,5-基貯氫材料的中子衍射實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算研究.pdf

1、本文采用中子衍射實(shí)驗(yàn)技術(shù)和理論計(jì)算，研究了LaNi<，6-x>Al<,X>(x=0，0.25，0.75)、【LaNi<,6>D<,0.3>、LaNi<,4.75>Al<,0.25>D<,x>(x=1.6，1.91)等幾種貯氫材料的微觀結(jié)構(gòu)，對合金加入A1和吸氘后的晶格常數(shù)、晶胞體積等進(jìn)行了精修和物相分析。并用Material Studio軟件建立了上述幾種材料的晶胞理論模型，根據(jù)密度泛函理論的第一性原理，用Castep模塊和Reflex

2、模塊程序分別對這些材料的能量、態(tài)密度和中子衍射譜進(jìn)行了模擬計(jì)算。得到了材料微觀結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，各原子在晶胞中的占位位置，吸氘樣品中氘原子的占位數(shù)及占位率等，探討了結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在關(guān)系。 中子衍射實(shí)驗(yàn)精修結(jié)果表明，隨著氘的加入，氘原子會(huì)優(yōu)先占據(jù)晶胞中的四面體或八面體位置。在LaNi<,0.3>中，氘優(yōu)先占據(jù)晶胞中的12n位置，而在LaNi<,4.751>Al<.0.25>D<,1.91>和LaNi<,0.25>D<,1.9

3、1>中氘有兩個(gè)占位，即：6m和12n位。可見氘的占位并不一定是晶胞內(nèi)間隙位置最大的位置，因?yàn)槌藥缀我蛩?，還會(huì)有其它的原因造成氘的優(yōu)先占位。吸入氘原子后，晶胞體積會(huì)增大，并隨著氘原子含量的增加，‘體積逐漸增加；Ni被Al部分取代后，由于二者原子半徑的差異也會(huì)導(dǎo)致其晶格參數(shù)發(fā)生變化，即晶胞體積會(huì)增大，導(dǎo)致晶體內(nèi)部的間隙位置變大和發(fā)生畸變，使得La基貯氫合金的吸氫速度加快，而吸氫量卻相對減少。 對LaNiD<,0.3>晶體模型的理論

4、計(jì)算結(jié)果表明，吸氘以后，晶格常數(shù)變化不大，隨著吸氘量的增加，α相會(huì)減少，而β相會(huì)增加。 對LaNiD<,0.3>晶體模型的理論計(jì)算結(jié)果表明，吸氘以后，晶格常數(shù)變化不大，但是氘原子在晶胞中的占位只有在12n位置時(shí)其能量狀態(tài)圖才趨于收斂，說明在LaNiD<,0.3>晶體中氘原子將首先占據(jù)12n位置，其余間隙位置占據(jù)的幾率很小。這個(gè)結(jié)論與實(shí)驗(yàn)得出的D將占據(jù)12n位置的結(jié)果是相一致的；而對LaNi<,4.75>Al<,0.25>理論計(jì)算

5、則表明，加入的Al原子在替代Ni時(shí)是有優(yōu)先性的，一般認(rèn)為最大可能是在超晶胞側(cè)面上的3g位置替代Ni原子。 對LaNi<,5>、LaNi<,4>Al進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算，發(fā)現(xiàn)得到的晶格常數(shù)的計(jì)算值與理論值均比較接近，通過將計(jì)算得到的LaNi<,5>、LaNi<,5>D<,0.3>和LaNi<,4>Al的鍵結(jié)構(gòu)和態(tài)密度圖進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)合金中吸入氘原子后比以前活躍多了，即在費(fèi)米能附近的電子數(shù)目有所增加。而在加入Al原子后，與LaNiD<