LaNi基贮氢材料的中子衍射实验和理论计算研究

摘要

本文采用中子衍射实验技术和理论计算，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)等几种贮氢材料的微观结构，对合金加入A1和吸氘后的晶格常数、晶胞体积等进行了精修和物相分析。并用Material Studio软件建立了上述几种材料的晶胞理论模型，根据密度泛函理论的第一性原理，用Castep模块和Reflex模块程序分别对这些材料的能量、态密度和中子衍射谱进行了模拟计算。得到了材料微观结构的晶体结构数据，各原子在晶胞中的占位位置，吸氘样品中氘原子的占位数及占位率等，探讨了结构与性能之间的内在关系。 中子衍射实验精修结果表明，随着氘的加入，氘原子会优先占据晶胞中的四面体或八面体位置。在LaNi<,0.3>中，氘优先占据晶胞中的12n位置，而在LaNi<,4.751>Al<.0.25>D<,1.91>和LaNi<,0.25>D<,1.91>中氘有两个占位，即：6m和12n位。可见氘的占位并不一定是晶胞内间隙位置最大的位置，因为除了几何因素，还会有其它的原因造成氘的优先占位。吸入氘原子后，晶胞体积会增大，并随着氘原子含量的增加，‘体积逐渐增加；Ni被Al部分取代后，由于二者原子半径的差异也会导致其晶格参数发生变化，即晶胞体积会增大，导致晶体内部的间隙位置变大和发生畸变，使得La基贮氢合金的吸氢速度加快，而吸氢量却相对减少。 对LaNiD<,0.3>晶体模型的理论计算结果表明，吸氘以后，晶格常数变化不大，随着吸氘量的增加，α相会减少，而β相会增加。 对LaNiD<,0.3>晶体模型的理论计算结果表明，吸氘以后，晶格常数变化不大，但是氘原子在晶胞中的占位只有在12n位置时其能量状态图才趋于收敛，说明在LaNiD<,0.3>晶体中氘原子将首先占据12n位置，其余间隙位置占据的几率很小。这个结论与实验得出的D将占据12n位置的结果是相一致的；而对LaNi<,4.75>Al<,0.25>理论计算则表明，加入的Al原子在替代Ni时是有优先性的，一般认为最大可能是在超晶胞侧面上的3g位置替代Ni原子。 对LaNi<,5>、LaNi<,4>Al进行了结构优化计算，发现得到的晶格常数的计算值与理论值均比较接近，通过将计算得到的LaNi<,5>、LaNi<,5>D<,0.3>和LaNi<,4>Al的键结构和态密度图进行比较，发现合金中吸入氘原子后比以前活跃多了，即在费米能附近的电子数目有所增加。而在加入Al原子后，与LaNiD<,0.3>相比，费米能附近导带变宽，合金的活性进一步增强。最后，通过实验数据建立了几种材料晶胞结构的理论模型，用reflex模块模拟了中子衍射实验条件，对其中的LaNi<,5>模型进行了理论计算，得到了理论计算的中子衍射谱，通过与实验谱相比较，发现它们的峰位、峰形是比较一致的。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章基本理论及实验方法

第三章LaNi5-xAlx基贮氢合金及其氘化物的结构研究

第四章晶体结构的模拟计算研究

第五章结论

参考文献

声明

致谢

附录

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