可控纳米稀土镧、钆氢化物结构、相变与磁性能之间的机理研究

The rare-earth hydrides have attracted much attention in recent years due to their great potential applications, such as hydrogen storage, hydrogen sensor and optical windows. Up to now, reports on the microstructure,tranformation and magnetic properties of the nano rare-earth hydrides are still limited. In the present work, a novel method is developed for preparing the rare-earth metal hydride nanomaterials with different grain sizes, and the nanoparticles with the size of 5-100nm are synthesized. The relationship between the synthesis parameters and structure of nanomaterials is determined. The effect of the crystalline size on the crystal sturcture, microstructure and magentic structure is studied. The phase tranformations charactersitcs of the rare -earth hydrides during the nano process will be studied. The model of hydrogen occupition in the nano rare-earth hydrides will be built. The phase transformation characteristics of rare earth metal hydride nanomaterials will be explored at nano scale. The phase stability and evolution of nano process on the nano rare-earth hydrides will be studied. The relationship between magnetic properties and microstructures of the nano rare earth hydrides will be studied. . Based on above studies, the scientific evidence and theoritical guide for the development of the novel rare earth functional materials in nanoscale, will be provided.

稀土氢化物在储氢、光学窗口、氢传感器等方面有着广泛的应用前景。但迄今为止，有关纳米稀土氢化物的结构、相变与磁性研究未见报道。本项目采用新颖的制备技术，实现不同晶粒尺度纳米稀土氢化物可控制备，获得晶粒度在5-100nm纳米颗粒，确定合成工艺和材料结构之间的对应关系；深入研究材料的晶粒度对其晶体结构、显微组织特征及磁结构的影响；探明稀土氢化物在纳米化过程中的相变特征；建立纳米氢化物结构的氢原子占位模型；研究纳米化对氢化物相结构稳定性影响；建立纳米稀土氢化物微结构与其磁性能之间的构效关系模型,为研制具有纳米结构的新型稀土功能材料提供科学依据和理论指导。

稀土氢化物在储氢、光学窗口、氢传感器等方面有着广泛的应用前景。但是，目前对纳米稀土氢化物结构、相变与磁性能之间的机理研究较少。据此，本项目采用新颖的制备技术-氢电弧等离子技术，制备了纳米稀土氢化物（氢化钆和氢化镧纳米材料），通过用TEM、XRD、TG-DSC、PPMS等实验分析手段对所制备的纳米材料进行了结构表征与分析。建立纳米稀土氢化物（氢化钆和氢化镧纳米材料）晶体结构、电性能参量的基础数据库，其工作不仅具有重要的理论价值，而且对稀土金属氢化物的应用有着重要作用，为高性能稀土功能材料的研发提供了重要的科学依据和理论指导。.首先采用氢电弧等离子技术实现不同晶粒尺度纳米稀土氢化物可控制备，获得晶粒度在5-100nm纳米颗粒，确定合成工艺和材料结构之间的对应关系。同时，发现纳米氢化钆材料同时存在密排六方（HCP）和面心立方（FCC）两种晶体结构。而La的氢化物中存在体心四方结构的LaH2.3以及面心立方（FCC）结构的La4H12.9。此外，还研究了纳米稀土氢化形成机制以及氢气浓度对稀土氢化物纳米粉末产率和粒径的影响，发现稀土氢化物纳米粉末的产率随氢气浓度增大而增大，而且粒径也是随着增大。.研究分析纳米稀土氢化物稳定性，纳米化对氢化物相结构演化关系；研究发现，纳米材料中纳米钆的二氢化物材料要比其三氢化物的热稳定性要稳定，但二氢化物在一定的温度下也是不稳定的，其退火后的样品的衍射峰全部转变为稀土单质钆密排六方结构的衍射峰。比较而言三氢化钆比二氢化钆更不稳定，在300度左右就发生分解反应。同时，还通过Kissinger方法计算出GdH3 纳米颗粒分解温度的扩散激活能为2.5073 eV。.纳米稀土氢化物内部存在大量的晶界，而且界面内部纳米稀土氢化物原子的间距不同于晶内原子间距，从而造成了纳米稀土氢化物材料的磁特征的不同。同时，发现纳米稀土氢化物材料的晶粒对其纳米材料电导率有很大的影响，其纳米晶材料的电阻显著增大。晶粒尺寸较大的纳米稀土氢化物的电阻率随温度的降低而降低，表现出典型的金属的特性；而晶粒较小的纳米氢化物材料表现出典型的半导体性能。纳米稀土氢化物的剩余电阻率随材料的晶粒尺寸的变化基本上是一致的，都是随晶粒尺寸的变大其数值是变小的。