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《燕山大学》 2018年
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储氢材料钯铑基二氢化合金稳定性与力学性质研究

杨潇  
【摘要】:储氢材料研究是当前材料研究的一大热点,2011年,RhH_2在高压环境下的成功合成,为铂族金属元素的储氢研究注入了新的活力,对于传统储氢金属钯及钯基合金的储氢研究提供了新的研究方向。此外,材料自身的性能优劣决定了其应用的潜力,因此,对材料力学性能的研究有助于为材料的工程应用提供指导意义。本文基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了钯及钯铑合金二氢化物在高压条件下的合成性,讨论了材料的稳定性,并进一步通过态密度的计算探讨了上述材料的电子结构特性。在确定了材料的可合成性之后,研究了钯基以及二氢化铑材料的力学性能和德拜温度,并对不同Pd原子浓度对材料性能的影响进行了讨论。首先,根据RhH_2的晶格结构,通过Pd原子部分替代Rh原子构建了Pd_xRh_(1-x)H_2(x=0,0.25,0.5,075,1)的结构模型,充分优化后得到平衡结构、总能量等信息,通过施加压力的方法计算标准生成焓,分析了钯铑合金二氢化体系的合成性。发现了PdH_2、Pd_(0.25)Rh_(0.75)H_2、Pd_(0.5)Rh_(0.5)H_2和Pd_(0.75)Rh_(0.25)H_2可以在高压条件下合成,并进一步基于实验模拟了钯铑合金二氢化体系的合成反应历程,指出了钯铑合金二氢化物的理论合成压力。通过计算电子态密度,分析了上述材料的电子特性。在已有的平衡结构基础上,考虑压力因素对RhH_2力学性能的影响,对RhH_2进行了高压条件下的弹性常数计算,研究了RhH_2在不同压力下的力学稳定性和动力学稳定性;并进一步研究了该材料的结构、弹性常数、弹性模量、泊松比、弹性各向异性、延展性/脆性、声速、德拜温度等参量随压力的变化进行了探索;研究了材料的理想强度。该研究确定了RhH_2的力学稳定性压力范围,获得了该材料在不同压力下的大量力学参数,为其工程应用提供了相关的理论参数依据。对高压下PdH_2的力学稳定性和动力学稳定性进行了计算研究;研究了PdH_2在不同压力下的结构、弹性常数、弹性模量、泊松比、弹性各向异性、延展性/脆性、声速、德拜温度等参量;进一步计算了材料的理想强度。获得了PdH_2在各个压力下的力学行为参数。钯铑合金二氢化体系是本系列研究的新发现,我们同样对Pd_(0.25)Rh_(0.75)H_2、Pd_(0.5)Rh_(0.5)H_2和Pd_(0.75)Rh_(0.25)H_2进行了高压下的力学稳定性计算,获得了三种合金二氢化物材料的力学稳定压力范围。进一步研究了Pd_(0.25)Rh_(0.75)H_2、Pd_(0.5)Rh_(0.5)H_2和Pd_(0.75)Rh_(0.25)H_2在不同压力下的结构、弹性常数、弹性模量、泊松比、弹性各向异性、延展性/脆性、声速、德拜温度等参量和材料的理想强度。并结合RhH_2和PdH_2,探讨了Pd原子在Pd_xRh_(1-x)H_2体系中不同浓度对上述力学和热力学参数的影响。该研究指导了Pd_xRh_(1-x)H_2体系的实验合成,并为材料的进一步工程应用提供了相应的理论参数。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TB34

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