铒氢化物的同位素效应研究

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1、万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特另mJ)jH以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国工程物理研究院或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：2012年4月20日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解并接受中国工程物理研究院研究生部有关保存、使用学位论文的规定，允许论文被查阅、借阅

2、和送交国家有关部门或机构，同时授权中国工程物理研究院研究生部可以将学位论文全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。学位论文作者签名：导师签名：．苏：必，导师签名：．鼻勿Z√乙签字日期：2012年4月20日万方数据铒氢化物的同位素效应研究■要为了获得一种长期贮存与操作氘、氚的金属氢化物材料，对铒氢化物的同位素效应进行了系统研究。针对铒氚化物高温下，压强．组成．温度(PCT)曲线测试需求，设计制造了金属氚化物PCT测试专用系统，其样品室温度高达1000℃，并配备辐射防

3、护系统，解决了商业PCT测试仪器不能满足金属氚化物高温热力学与动力学研究需求的技术难题。在该系统中，采用PCT测试、等温恒容压强法(PDM)、热解析(TD)及x射线衍射分析(XRD)等技术，研究了铒与氕、氘、氚相互作用的热力学和动力学同位素效应。采用PCT测试方法，研究了923K至1123K下铒与氘、氚反应形成二氢化物的热力学特性；测定的PCT曲线显示铒氢化物Ⅱ+B相平台区较宽且十分平坦，其二氘化物和二氚化物分解反应均未见明显滞后效应；基于PCT曲线获得了H／Er原子比0．6至1．6区问的标准焓值(AHo)和标

4、准熵值(ASo)，其数值均随原子比的增大而减小，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值分别为一199．7+7．3(kJ·tool—Dz)和．143．4+7．2(J．moll．K～D2)，EfTl的△Ho和△So值分别为．209．3+3．3(kJ·tool叫1"2)和．152．9士3．2(J·tool-l·K叫T2)。基于酣B相平台区压强一时问(P-t)曲线获得了ErH】的AHo和△So，分别为．(187．9士15．0)kJ·tool～H2和．(134．2+11．5)J·m

5、ol～·K-1H2；表明铒二氢化物的的热力学参数由小到大依次为：氚化物<氘化物<氕化物，具有轻微的热力学反氢同位素效应，仅考虑热力学效应，重同位素化合物更加稳定。采用压强分析方法，测定了673K至l123K温度区间0【+p相及p相铒氕、氘化物形成与分解的P-t曲线，数据拟合结果显示该反应符合一级反应特征，应用多种动力学模型获得了各温度下的反应速率常数和表观活化能，结果表明a+p相区铒吸氕的活化能小于吸氘活化能，而该相区氕化物分解活化能略大于氘化物：与热力学研究结果相反，铒氢化物具有动力学正氢同位素效应，仅从动力

6、学考虑则轻同位素化合物较为稳定。为更加准确的考核铒氢化物热稳定性，对铒氕、氘、氚化物进行了热解析分析，结果显示：氢同位素释放峰随升温速率的增大向高温方向移动，铒的氕、氘、氚化物热分解温度无显著差异，这一现象可以从原本轻微的热力学与动力学同位素效应相互抵消来解释。对铒氕、氘、氚化物热解吸谱采用多谱分析技术进行解谱，建立了Q、a+p、pTe。、po小p岬等物相转变与氢化物热解吸谱峰的联系，获得了ErH3、ErD3粉末样品及ErT2薄膜样品各物相的特征谱峰与热分解活化能，显示铒氢化物同位素效应轻微，其二氢化物的热稳定

7、性良好。万方数据铒氢化物的同位素效应研究为了加深氢同位素与铒膜的相互作用规律的认识，在铒氢化物粉体材料热力学和动力学研究基础上，开展了除气、吸气温度参数对电子束蒸发制备铒膜吸氚速率、物相及晶体组织结构的影响，获得了铒二氢化物膜制备工艺参数范围，并提出了影响因素；动力学分析显示除气温度对铒膜吸氚速率有显著影响，而氚化温度活化铒膜吸氚速率影响较小，XRD分析显示电子束蒸镀钼基铒膜氚化后均具有(111)面择优取向，而且这一择优生长趋势随氚化温度的升高而加剧，低温回收氚易导致物相非均匀性，形成非稳定三氚化物相，该物相能

8、够白行分解释放氚，在大气环境下分解成二氚化物，同时铒与氧反应形成Er203。这种可转换特性是铒氢化物有待开发的又一新应用性质。通过本论文实验工作，完整获得了铒二氢化物的热力学和动力学参数，为其工程化应用奠定了坚实的技术基础。关键词：铒氢化物热力学动力学同位素效应万方数据铒氢化物的同位素效应研究AbstractInordertodevelopmetalhydridetechnologyf