Изучение процессов термостимулированного и неравновесного выхода изотопов водорода из Pd, Ni, Pt, Zr, Ti

Ма, Сяоле Отделение экспериментальной физики (ОЭФ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В данной работе проведены исследования выхода водорода в вакуум из предварительно насыщенных водородом металлических образцов (Pd, Ni, Pt, Zr, Ti) при термическом линейном и радиационном нагреве. Экспериментально исследован выхода водорода при термическом и радиационном нагреве из плоских образцов различной толщины переходных металлов (Pd, Ni, Pt, Zr, Ti), предварительно насыщенных водородом методом Сиверста и электрохимическим методом. Рассмотрены модели десорбции водорода, и с использованием указанных моделей создана программа для моделирования десорбции водорода из металлов с учетом различных лимитирующих стадий: диффузионной, поверхностной рекомбинации и десорбционной с помощью метода конечных элементов в системе “Матлаб”, и получены численные решения.

РЕФЕРАТ ……………………………………………………………………………………………………. 10
Введение ……………………………………………………………………………………………………… 13
Глава 1. Взаимодействие водорода с металлами (Ti, Zr, Pd, Ni, Pt) ………………. 15
1. 1 Водород в металлах ……………………………………………………………………………. 15
1. 1.1 Взаимодействие водорода с титаном ……………………………………………… 17
1. 1.2 Взаимодействие водорода с никелем……………………………………………… 19
1. 1.3 Взаимодействие водорода с цирконием …………………………………………. 20
1. 1.4 Взаимодействие водорода с палладием и платиной ……………………….. 22
1. 2 Диффузия водорода в металлах …………………………………………………………… 25
1.3 Методы стимулированного выхода водорода из металлов ……………………. 26
1.3.1 Термостимулированное газовыделение ………………………………………….. 26
1.3.2 Радиационно-стимулированное газовыделение ………………………………. 28
Глава 2. Экспериментальное исследование выхода водорода из Ti,Zr,Ni,Pd,Pt 29
2.1 Методы насыщения водородом ……………………………………………………………. 29
2.1.1 Электролитическое насыщение водородом …………………………………….. 30
2.1.2 Насыщение водородом из газовой фазы (метод Сивертса) ………………. 31
2.2 Установка для исследования термостимулированного и радиационно-
стимулированного выхода водорода из металлов ………………………………………. 32
2.3 Экспериментальные результаты…………………………………………………………… 35
2.3.1 Экспериментальные результаты термостимулированного
газовыделения водорода ………………………………………………………………………… 36
2.3.2 Экспериментальные результаты радиационно-стимулированного
газовыделения водорода ………………………………………………………………………… 39
Глава 3. Моделирование выхода водорода из металлов ………………………………… 43
3.1 Модель для описания термостимулированного газовыделения водорода 43
3.2 Выход водорода из гидридо-образующих материаловTi, Zr………………….. 57
3.3 Модель для описания радиационно-стимулированного газовыделения
водорода из металлов………………………………………………………………………………… 62
3.4 Модель полубесконечного образца ………………………………………………………. 66
Глава 4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования ………………………. 69
4.2 Анализ конкурентных технических решений ……………………………………….. 70
4.3 SWOT-анализ………………………………………………………………………………………. 72
4.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации…………………………………. 74
4.5 Вычисление бюджета ………………………………………………………………………….. 77
4.6 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной,
социальной и экономической эффективности исследования ………………………. 85
Глава 5. Социальная ответственность …………………………………………………………… 89
Введение ……………………………………………………………………………………………………… 89
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности. ……… 89
5.2 Производственная безопасность. …………………………………………………………. 91
5.3 Экологическая безопасность………………………………………………………………. 100
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. ………………………………………….. 101
Заключение ……………………………………………………………………………………………….. 103
Список литературы ……………………………………………………………………………………. 105
Приложение А …………………………………………………………………………………………… 114
Глава 6. Обзор на иностранном языке ………………………………………………………… 115
Introduction ………………………………………………………………………………………………… 115
6.1 The interaction of hydrogen with metal ………………………………………………….. 116
6.2 Diffusion of hydrogen in metals ……………………………………………………………. 117
6.3 Experimental part ………………………………………………………………………………… 118
6.5 Modeling the release of hydrogen from metals ……………………………………….. 120
6.5.1 Model for describing thermally stimulated hydrogen gas evolution ……… 120
6.5.2 Semi-infinite sample ………………………………………………………………………. 126
Conclusion ………………………………………………………………………………………………….. 128
Приложение В……………………………………………………………………………………………. 130

Поведение водорода в металлах становится все более многоплановой
междисциплинарной проблемой на стыке физики и химии твердого тела [1, 2].
Взаимодействие между водородом и металлом имеет как положительные,
так и отрицательные стороны: с одной стороны, поскольку водород очень активен
и легко вступает в реакцию с металлами, происходит водородное охрупчивание,
которое приводит к разрушению материала и рассматривается как вредный
элемент [3, 4]; с другой стороны, водород чрезвычайно важен. Потребляемая
ценность водорода, такая как применение технологии термической обработки
водородом, может значительно улучшить рабочие характеристики
металлических материалов [2]. Металл является эффективным материалом для
хранения водорода, что имеет очень высокую ценность для развития широкого
применения в водородной энергетике [2, 5, 6,].
Исследования водородного охрупчивания металлов продолжаются в
течение десятков лет, но конкретный механизм водородного охрупчивания еще
не определен однозначно, что ограничивает решение проблемы водородного
охрупчивания, и до сих пор остается горячей точкой исследований для ученых.
Обоснованное использование и контроль содержания и форм метало-гидридов
могут улучшить пластичность металла или использование металлов в качестве
материала для хранения водорода. Технология обработки водородом, использует
обратимый эффект водородного легирования в сплаве для контроля
микроструктуры сплава и улучшения конечных механических свойств.
Исследование и разработка высокоэффективных материалов для хранения
водорода является ключом к практическому использованию водорода в качестве
энергоносителя. В настоящее время широко изучаются материалами для
хранения водорода. Скорость абсорбции, ёмкость хранения, температура и
скорость выхода из металлогидридов определяется деталями процессов
образования связи металл-водород [2, 3, 4].
Для того чтобы оптимизировать характеристики хранения водорода в
материалах и разработать новые материалы для хранения водорода, необходимо
уточнить механизм хранения водорода в материалах. Переходные металлы
широко используются в исследованиях различных каталитических реакций
водорода. Для реализации процесса каталитического получения водорода
необходимо исследовать детали кинетического процесса взаимодействия
водорода с поверхностью металла [6, 7].
Как правило, требуется найти распределение водорода в металле, входной
и выходной потоки газа с учетом адсорбционно-десорбционных процессов на
поверхности, предложить методы определения параметров диффузионных и
адсорбционно-десорбционных процессов по экспериментальным данным,
исходя из условий насыщения материалов водородом, скорости и режимов
нагрева образцов, включая, например, радиационный нагрев, форму и размер
образцов [8].
В данной работе остановимся на моделировании метода
термостимулированного и радиационно-стимулированного газовыделения
водорода в вакуум из предварительно насыщенных водородом плоских
металлических образцов для определения параметров взаимодействия водорода
с гидридо-образующими Ti, Zr и формирующими твердые растворы Ni, Pd, Pt
переходными металлами.
Положения, выносимые на защиту:
1. С увлечением толщины образцы при термическом нагреве пик
десорбции водорода из металлов двигается в высокотемпературную область, а
ширина пика растет. Это указывает на лимитирующую роль диффузии в
процессах выхода водорода из металлов. По сравнению с термогазовыделением,
при радиационном нагреве пик десорбции водорода значительно сдвигается в
низкотемпературную область, облучение ускоряет выхода водорода.
2. При моделировании ТСГВ для Ti, Zr, Pt наряду с диффузией, следует
учитывать реакции рекомбинации атомов водорода на поверхности с

использованием граничного условия: ∓ | = 0 exp (− ) (0, ). А для

15
Ni и Pd наряду с диффузией и рекомбинацией атомов водорода на поверхности
и десорбции молекул водорода с поверхности в граничном условии
лимитирующим оказывается процесс выхода водорода из объема на

поверхность: ± | = − диф (± , ) 1 . Получены соотношения между
=± 2
энергией активации, предэкспоненциальными множителями диффузии,
рекомбинации и десорбции, толщиной образца, скоростью нагрева и положением
пика газовыделения водорода.
Цель работы:
– Экспериментальное изучение и моделирование процессов
диффузионного выхода водорода в вакуум из предварительно насыщенных
водородом металлических образцов при термическом и радиационном нагреве.
Для достижения поставленной цели, необходимо решить следующие
задачи:
1. Подготовить обзор по теме исследования и сформулировать задачу
исследования;
2. Провести экспериментальное исследование термостимулированного и
радиационно-стимулированного газовыделения водорода из металлов;
3. Выполнить численное и аналитическое моделирование процессов
ТСГВ и РСГВ и найти аналитические аппроксимации выхода водорода из
металлов при термическом и радиационном нагреве;
4. Сопоставить результаты аналитического и численного моделирования
с экспериментальными данными.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Антон П. преподаватель, доцент
    4.8 (1033 отзыва)
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публик... Читать все
    Занимаюсь написанием студенческих работ (дипломные работы, маг. диссертации). Участник международных конференций (экономика/менеджмент/юриспруденция). Постоянно публикуюсь, имею высокий индекс цитирования. Спикер.
    #Кандидатские #Магистерские
    1386 Выполненных работ
    Егор В. кандидат наук, доцент
    5 (428 отзывов)
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Ск... Читать все
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Скорее всего Ваш заказ будет выполнен раньше срока.
    #Кандидатские #Магистерские
    694 Выполненных работы
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Анна Александровна Б. Воронежский государственный университет инженерных технол...
    4.8 (30 отзывов)
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственно... Читать все
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственном университете инженерных технологий.
    #Кандидатские #Магистерские
    66 Выполненных работ
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Татьяна С. кандидат наук
    4.9 (298 отзывов)
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (пос... Читать все
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (поставки напрямую с издательств), доступ к библиотеке диссертаций РГБ
    #Кандидатские #Магистерские
    551 Выполненная работа

    Другие учебные работы по предмету

    Модифицирование поверхности полученного с помощью аддитивной технологии титанового сплава Ti-6Al-4V
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Ди-мюонное фоторождение в эксперименте NA64
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)