于焱

摘要：鎂基儲(chǔ)氫材料在目前屬于最有潛力的金屬氫化物儲(chǔ)氫材料，具有價(jià)格低廉、資源豐富等眾多的優(yōu)點(diǎn)。另外，低溫球磨技術(shù)制備的鎂基儲(chǔ)氫材料，不但制備的時(shí)間短，性能也很好，低溫球磨技術(shù)可以用于研制具有催化特性的鎂基儲(chǔ)氫材料。

關(guān)鍵詞：低溫球磨；鎂基儲(chǔ)氫；低溫球磨；材料性能

中圖分類號(hào)：TG139 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）20-0065-02

鎂基儲(chǔ)氫復(fù)合材料雖然是近幾年才興起的，卻因?yàn)橛兄鴥r(jià)格低、質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用。很多的研究者在這一領(lǐng)域做了初步的研究，還獲得了一些具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的復(fù)合材料，但是大量的工作還有待深入研究。

1 低溫球磨制備鎂基儲(chǔ)氫材料

在很多的儲(chǔ)氫材料中，金屬鎂資源豐富、密度很小，而且儲(chǔ)氫的密度大，目前是最有潛力的儲(chǔ)氫材料之一。但是鎂的顆粒表面容易形成細(xì)密的氧化膜，并且難以活化，而且吸收氫和放氫的速度很慢，為了改善這一缺點(diǎn)，必須使鎂顆粒細(xì)小化。球磨法是最基本的方法之一。

低溫球磨也被稱為是低溫機(jī)械合金化，它是一種高能球磨技術(shù)，在低溫的環(huán)境下進(jìn)行球磨，可以增加材料的脆性，提高材料的性能。因?yàn)殒V的硬度很小、塑性大、熔點(diǎn)低，因此在低溫球磨制備的過程當(dāng)中，物料很容易在球磨的底部和球磨發(fā)生沖突。所以，我們只能夠采用球磨強(qiáng)度較低的工具，將鎂細(xì)小化的過程需要十個(gè)小時(shí)左右，催化劑也必須均勻地分布在鎂的表面上，這樣才能更好地吸氫和放氫。

2 鎂基儲(chǔ)氫材料

2.1 鎂基儲(chǔ)氫材料的概況

氫氣可以直接與鎂反應(yīng)，它的理論含氫量可以達(dá)到8%左右，性能也相對(duì)較穩(wěn)定。因?yàn)榧冩V吸氫和放氫的速率都很慢，而且放氫的溫度很高，所以人們可以利用合金化或者制成復(fù)合材料的辦法來改善鎂的吸放氫性能。鎂基儲(chǔ)氫材料又可以被分為兩種：一種是鎂基復(fù)合材料，一種是鎂基合金體系。

鎂基儲(chǔ)氫材料最早是出現(xiàn)在美國(guó)，美國(guó)人首先以鎂和鎳混合熔煉而形成合金，這種合金能夠在高溫下和氫反應(yīng)，生成Mg2NiH4，其吸氫量為3.6%左右。從研究鎂基儲(chǔ)氫材料開始至今，鎂基儲(chǔ)氫材料的種類大約已經(jīng)有接近千余種。因?yàn)楹辖鹪氐慕M成有所不同，而且制備的方法也不同，所以導(dǎo)致了各種鎂基儲(chǔ)氫材料的吸氫、儲(chǔ)氫容量有一些差別。

2.2 結(jié)構(gòu)和外貌

經(jīng)過低溫球磨制備之后，鎂基儲(chǔ)氫材料中還存在一定的Mg相、Ni相、La相和一些合金相等，但低溫球磨技術(shù)的合金化效果并不太好。經(jīng)過低溫球磨之后，粉末的顆粒得到了一定的細(xì)化，顆粒的直徑大約縮小了一半，因此從中可以看出其細(xì)化的效果很好。

3 低溫球磨制備鎂基儲(chǔ)氫材料的性能

3.1 動(dòng)力學(xué)性能

動(dòng)力學(xué)性能能夠?qū)︽V基儲(chǔ)氫材料的運(yùn)用造成很大的影響，鎂基儲(chǔ)氫材料在4.0兆帕氫壓和不同的溫度下，經(jīng)過低溫球磨制備之后，鎂基儲(chǔ)氫材料的動(dòng)力學(xué)性能得到了一定的提高。溫度不斷的升高，鎂基儲(chǔ)氫材料的吸收速度也在加快，吸收的氫量也在隨之而增加。在4.0兆帕氫壓和500～700K的溫度之下，在五分鐘左右就可以吸收氫達(dá)到大約90%左右。常溫球磨所制備的鎂基儲(chǔ)氫材料雖然也能夠達(dá)到同樣的動(dòng)力學(xué)性能，但是球磨的時(shí)間卻很長(zhǎng)，比之前的時(shí)間要多到7～8倍左右。另外，常溫球磨制備的材料則需要十分鐘才能夠達(dá)到其飽和值的70%左右，因此，低溫球磨技術(shù)制備的材料具有比較高的動(dòng)力學(xué)性能。

其動(dòng)力學(xué)性能被提高的主要因素是材料中有很多相似的結(jié)構(gòu)，在球磨的過程中形成了復(fù)合產(chǎn)物，并且還能對(duì)一些材料的吸氫起到催化的作用。進(jìn)行球磨的整個(gè)過程中，低溫狀態(tài)提高球磨的效率，而且強(qiáng)化其性能，通過一段較短的時(shí)間，就能夠細(xì)化晶粒，產(chǎn)生相界面，制備出符合要求的鎂基儲(chǔ)氫材料。

3.2 熱力學(xué)性能

球磨大約十小時(shí)以后，鎂基儲(chǔ)氫材料的儲(chǔ)氫量在300℃的時(shí)候?yàn)?%左右，隨著溫度不斷的升高，其吸氫的量也開始慢慢提高，而且放氫也放得特別多。與此同時(shí)，利用低溫球磨制備技術(shù)制備的鎂基儲(chǔ)氫材料不需要經(jīng)過另外的處理，就能夠直接進(jìn)入測(cè)試，并且其材料的性能還非常的好。與其他的制備方式相比較，低溫球磨技術(shù)只需要很短的時(shí)間，就能夠制備出性能優(yōu)良的鎂基儲(chǔ)氫材料。

從上面可以看出，用低溫磨球技術(shù)制備的鎂基儲(chǔ)氫材料，其性能良好，還可以用于研究制備一些具有催化性質(zhì)的鎂基儲(chǔ)氫材料。

3.3 放氫動(dòng)力學(xué)

實(shí)際的放氫動(dòng)力學(xué)曲線會(huì)隨著顆粒尺寸的變化趨勢(shì)與理論計(jì)算的變化趨勢(shì)而一致，也就是說，顆粒尺寸越小，放氫所用的時(shí)間就越短。比如有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：一個(gè)是顆粒尺寸為2.0左右，在接近600s的時(shí)間內(nèi)完成了放氫；另一個(gè)是顆粒尺寸為1.0左右的鎂基儲(chǔ)氫材料，在大約500s的時(shí)間內(nèi)完成了放氫。造成實(shí)際的放氫動(dòng)力學(xué)性能和理論計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生差異的原因，除了尺寸顆粒不一致外，還有幾個(gè)原因：第一是因?yàn)檠趸蛩睾涂偟姆艢渌俣瘸?shù)是一個(gè)變量，第二則是因?yàn)榉艢溥^程與吸氫過程的不同點(diǎn)——放氫需要吸收熱量。所以，穩(wěn)定的傳熱是保證其放氫動(dòng)力學(xué)的一個(gè)很重要的原因。

3.4 鎂基儲(chǔ)氫材料的催化

當(dāng)放氫的溫度達(dá)到了一定的程度，在其中加入鋁，會(huì)使得鎂基儲(chǔ)氫材料的性能得到進(jìn)一步的提高，因?yàn)殇X的延展性很好，很容易就固熔到鎂顆粒的表面。同時(shí)，在吸氫的時(shí)候，鋁能夠分解氫氣分子，在放氫的時(shí)候，則有對(duì)氫原子進(jìn)行催化的作用。

4 鎂基材料的應(yīng)用前景

鎂基復(fù)合材料因?yàn)樽陨淼拿芏容^小，而且比鎂合金具有更高的比強(qiáng)度、比剛度、耐磨性和耐高溫性，受到航空、航天、汽車、工業(yè)、機(jī)械、電子等領(lǐng)域的重視和廣泛應(yīng)用。自20世紀(jì)80年代至今，鎂基復(fù)合材料已經(jīng)成為了金屬基復(fù)合材料的研究熱點(diǎn)之一。在鎂基復(fù)合材料當(dāng)中，顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料與連續(xù)纖維增強(qiáng)、非連續(xù)性纖維增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料相比較，具有很多的優(yōu)點(diǎn)，比如制備工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、較易成型、易加工等。除此之外，也是目前最有可能顯示低成本、規(guī)?；虡I(yè)生產(chǎn)的鎂基復(fù)合材料。

5 總結(jié)與體會(huì)

儲(chǔ)氫材料是一種極受歡迎的功能材料，并且在能源領(lǐng)域中具有不可替代的重要作用，它的前景十分的廣泛。近幾年來，世界各國(guó)都在投入人力、物力及技術(shù)資源，對(duì)其進(jìn)行研究和分析。用低溫球磨技術(shù)來進(jìn)行制備，不但提高了它的性能，還增加了吸氫的量，低溫球磨技術(shù)制備的儲(chǔ)氫材料不但活化性能高，動(dòng)力學(xué)性能也很高，也因此，低溫球磨制備鎂基儲(chǔ)氫材料得到了廣泛的運(yùn)用。

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