鉺氫化物的同位素效應(yīng)研究

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1、萬方數(shù)據(jù)獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特另mJ)jH以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得中國工程物理研究院或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：2012年4月20日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解并接受中國工程物理研究院研究生部有關(guān)保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，允許論文被查閱、借閱

2、和送交國家有關(guān)部門或機構(gòu)，同時授權(quán)中國工程物理研究院研究生部可以將學(xué)位論文全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：．蘇：必，導(dǎo)師簽名：．鼻勿Z√乙簽字日期：2012年4月20日萬方數(shù)據(jù)鉺氫化物的同位素效應(yīng)研究■要為了獲得一種長期貯存與操作氘、氚的金屬氫化物材料，對鉺氫化物的同位素效應(yīng)進行了系統(tǒng)研究。針對鉺氚化物高溫下，壓強．組成．溫度(PCT)曲線測試需求，設(shè)計制造了金屬氚化物PCT測試專用系統(tǒng)，其樣品室溫度高達1000℃，并配備輻射防

3、護系統(tǒng)，解決了商業(yè)PCT測試儀器不能滿足金屬氚化物高溫?zé)崃W(xué)與動力學(xué)研究需求的技術(shù)難題。在該系統(tǒng)中，采用PCT測試、等溫恒容壓強法(PDM)、熱解析(TD)及x射線衍射分析(XRD)等技術(shù)，研究了鉺與氕、氘、氚相互作用的熱力學(xué)和動力學(xué)同位素效應(yīng)。采用PCT測試方法，研究了923K至1123K下鉺與氘、氚反應(yīng)形成二氫化物的熱力學(xué)特性；測定的PCT曲線顯示鉺氫化物Ⅱ+B相平臺區(qū)較寬且十分平坦，其二氘化物和二氚化物分解反應(yīng)均未見明顯滯后效應(yīng)；基于PCT曲線獲得了H／Er原子比0．6至1．6區(qū)問的標準焓值(AHo)和標

4、準熵值(ASo)，其數(shù)值均隨原子比的增大而減小，相同原子比下AHo和ASo值氖化物小于氘化物；其中，ErD。的AHo和ASo值分別為一199．7+7．3(kJ·tool—Dz)和．143．4+7．2(J．moll．K～D2)，EfTl的△Ho和△So值分別為．209．3+3．3(kJ·tool叫1"2)和．152．9士3．2(J·tool-l·K叫T2)?；诤˙相平臺區(qū)壓強一時問(P-t)曲線獲得了ErH】的AHo和△So，分別為．(187．9士15．0)kJ·tool～H2和．(134．2+11．5)J·m

5、ol～·K-1H2；表明鉺二氫化物的的熱力學(xué)參數(shù)由小到大依次為：氚化物<氘化物<氕化物，具有輕微的熱力學(xué)反氫同位素效應(yīng)，僅考慮熱力學(xué)效應(yīng)，重同位素化合物更加穩(wěn)定。采用壓強分析方法，測定了673K至l123K溫度區(qū)間0【+p相及p相鉺氕、氘化物形成與分解的P-t曲線，數(shù)據(jù)擬合結(jié)果顯示該反應(yīng)符合一級反應(yīng)特征，應(yīng)用多種動力學(xué)模型獲得了各溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)和表觀活化能，結(jié)果表明a+p相區(qū)鉺吸氕的活化能小于吸氘活化能，而該相區(qū)氕化物分解活化能略大于氘化物：與熱力學(xué)研究結(jié)果相反，鉺氫化物具有動力學(xué)正氫同位素效應(yīng)，僅從動力

6、學(xué)考慮則輕同位素化合物較為穩(wěn)定。為更加準確的考核鉺氫化物熱穩(wěn)定性，對鉺氕、氘、氚化物進行了熱解析分析，結(jié)果顯示：氫同位素釋放峰隨升溫速率的增大向高溫方向移動，鉺的氕、氘、氚化物熱分解溫度無顯著差異，這一現(xiàn)象可以從原本輕微的熱力學(xué)與動力學(xué)同位素效應(yīng)相互抵消來解釋。對鉺氕、氘、氚化物熱解吸譜采用多譜分析技術(shù)進行解譜，建立了Q、a+p、pTe。、po小p岬等物相轉(zhuǎn)變與氫化物熱解吸譜峰的聯(lián)系，獲得了ErH3、ErD3粉末樣品及ErT2薄膜樣品各物相的特征譜峰與熱分解活化能，顯示鉺氫化物同位素效應(yīng)輕微，其二氫化物的熱穩(wěn)定

7、性良好。萬方數(shù)據(jù)鉺氫化物的同位素效應(yīng)研究為了加深氫同位素與鉺膜的相互作用規(guī)律的認識，在鉺氫化物粉體材料熱力學(xué)和動力學(xué)研究基礎(chǔ)上，開展了除氣、吸氣溫度參數(shù)對電子束蒸發(fā)制備鉺膜吸氚速率、物相及晶體組織結(jié)構(gòu)的影響，獲得了鉺二氫化物膜制備工藝參數(shù)范圍，并提出了影響因素；動力學(xué)分析顯示除氣溫度對鉺膜吸氚速率有顯著影響，而氚化溫度活化鉺膜吸氚速率影響較小，XRD分析顯示電子束蒸鍍鉬基鉺膜氚化后均具有(111)面擇優(yōu)取向，而且這一擇優(yōu)生長趨勢隨氚化溫度的升高而加劇，低溫回收氚易導(dǎo)致物相非均勻性，形成非穩(wěn)定三氚化物相，該物相能

8、夠白行分解釋放氚，在大氣環(huán)境下分解成二氚化物，同時鉺與氧反應(yīng)形成Er203。這種可轉(zhuǎn)換特性是鉺氫化物有待開發(fā)的又一新應(yīng)用性質(zhì)。通過本論文實驗工作，完整獲得了鉺二氫化物的熱力學(xué)和動力學(xué)參數(shù)，為其工程化應(yīng)用奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：鉺氫化物熱力學(xué)動力學(xué)同位素效應(yīng)萬方數(shù)據(jù)鉺氫化物的同位素效應(yīng)研究AbstractInordertodevelopmetalhydridetechnologyf