Al%2fZr-V%2fMo与Al%2fZr-V-D%2fMo多层膜的制备及其贮氢性能的分析.pdf

AI／Zr-V／Mo多层膜的制备与贮氢性能研究 摘要 ZrV2是一种性能优异的贮氢材料，具有吸氢容易，室温吸氢平衡压低，且 吸氢后不改变主相的晶格类型，只是晶格膨胀，是一种非常具有潜在应用价值的 贮氢材料。但表面活性高，在空气中容易吸附其它杂质气体，当选其作膜材料时， 膜表面吸附杂质气体量会大大增加，不利于它在实际中的应用。 本文试图通过在Zr-v膜表面覆盖一层A1膜来改变Zr-V膜的表面活性，研 究A1膜对Zr-V膜吸放氢性能的影响。 在氘化后的Zr-V膜表面镀Al膜以改变Zr-V膜表面特性的研究思路，尚未见报 道。 通过的对阻氢膜的调研选定越膜作为在zr．V膜表面的研究对象，采用电阻 蒸镀的方法成功的制备出了A1／Zr．V／Mo膜，对其Ⅺ①分析结果表明主要由立方 构成，其中zr基固溶体含量最大。Al膜采用工艺一(底衬加热到600℃，蒸发 电流100A)制各的A1／Zr-V／Mo膜表面基本均匀，但分布有许多大小不一的颗粒。 XPS分析结果表明，表面的舢主要以舢203存在，内层的A1单质已经混入Zr_V 层中。在内层有制备A1膜前空气氧化产生的zr氧化物存在。Mo已扩散至AI 膜表面，从Al膜表面至Zr-V层Mo的相对含量逐渐升高。采用工艺-N各的 Al膜(底衬加热到400。C，蒸发电流65A)，表面分布除有的少量颗粒外，其它 地方都非常均匀平整，无裂痕，也看不出晶粒间界。在吸氘后的Zr-V膜表面采 用工艺三制备的Al膜(底衬不加热，蒸发电流65A)表面非常粗糙不平，分布 膜的SEM分析结果表明降低AJ膜的蒸发速率有利于减少Al膜表面的颗粒。降 低底衬的温度将使A1膜表面的颗粒不易聚集长大，但温度过低会使A1蒸汽在表 面凝结成小颗粒。因此A1膜的较佳制备工艺宜采用蒸发电流65A，底衬加热400 ℃的镀膜工艺。 对多层膜吸氘前的除气实验表明：铝膜的除气峰比铝体材的除气峰单一，主 要在320℃左右产生尖峰，随后转入缓慢脱附。zr_v膜的除气峰有两个，一个类 似于ZrV2体材在350。C的峰，另一个出现在220。C，都是以尖峰形式出现，与体 材的解析峰有着很大不同。A1／Zr-V膜的除气峰，当铝层小于O．6I_trn时类似于Zr-v 膜，大于O．6岬时类似于铝膜。多层膜的吸氘量随铝膜的厚度增加逐步减小，直 到铝膜厚度达到0．6¨m之后吸氘量不再有大的变化，但有小幅波动。多层膜的吸 A1／Zr-V／Mo多层膜的制备与贮氢性能研究 氘速率，当铝膜厚度小于O．6pm时，在初始阶段快速吸氘，一直到近饱和，然后 迅速减小转入慢速吸氘并维持该吸氘速率直至平衡，但也有一部分多层膜的吸氘 速率变化行为同Zr-V膜类似，只是吸氘速率大小随AI膜厚度的增加而降低。 Al膜厚度大于O．61am的Al膜时，吸氘速率大大降低是一个近似匀速的吸氘反应 过程。用A1膜的制备工艺二制备的多层膜样品和工艺一制备的A1／Zr-V／Mo膜样 品在吸氘行为上完全相同，因此两种Al膜制各工艺制备的多层膜的区别只是在 表面，吸氘性能完全相同。A1／Zr-V／Mo膜在常温下多层膜吸氘后，在升温条件 下其吸氘速率非常缓慢或者基本不吸氘。氘在多层膜中的扩散系数普遍比zr．V 膜低，而且随着～膜厚度的增加扩散系数降低很快。当Al膜厚度大于0．6pm时， 扩散系数已降低了一个数量级，之后随Al膜厚度的增加，扩散系数不再有较大 的变化。多层膜吸氘后，在温度上升到100℃时开始加速解吸。250℃之后转入 解吸平台，不同厚度和不同镀膜工艺制备的A1膜的多层膜的解吸行为大体都相 似，与zr-V膜的解吸行为也非常相似。因此在现有工艺条件下采用先镀A1膜再 对A1／Zr-V／Mo膜氘化的方法在AI膜厚度大于O．6um时可以明显阻止氘与Zr-V 膜的反应，但一经氘化就不再能够改变其表面活性。 A1／Zr-V-D／Mo膜的解吸，在温度升高到200℃以上才观察到有气体解吸出 来，温度升高到400。C以后，多层膜的解吸行为才开始与zr-v膜相同，均在500 ℃左右转入第二个加速解吸阶段，之后转入解吸平台直至温度升高到600℃。 层的热膨胀以及Al层和Zr-V膜间聚集的氘的共同作用下开裂。不同越膜厚度 和吸氘量的A1／Zr-V-D／Mo膜，其初始解吸气体的温度随Al膜厚度的增加而降低， 随第一个解吸平台压的增加而降低。据此，由A1膜厚度和第一个解吸平台压之 积的倒数对初始解吸气体温度进行的拟合结果基本成线性关系。