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Er_3Ni吸氢特性及热物性研究

作　者: 许斌
导　师: 金滔
学　校: 浙江大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: Er3Ni 吸氢反应活化稳定性热物性
分类号: TB64
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

回热式低温制冷机在超导器件及红外探测仪等电子设备的冷却等众多场合获得越来越广泛的应用,对其制冷温度、制冷量和效率等提出了更高的要求。回热器是回热式低温制冷机的关键部件,回热材料(蓄冷材料)的热物性对制冷性能具有决定性的影响。传统蓄冷材料的比热在低温下会急剧下降,甚至低于氦气的比热,此时回热器效率将严重降低而制冷机无法进一步降温。磁性蓄冷材料的出现很大程度上解决了该难题,这是由于该种材料在低温下发生磁相变时会产生异常的比热峰值,弥补了传统蓄冷材料在低温下比热不足而限制制冷性能的缺点。不同磁性蓄冷材料出现比热峰值的温度(磁相变温度)也不尽相同,例如常用的HoCu2, Er3Ni和GdAlO3的磁相变温度分别为9.7K,7.4K和3.8K,都可用作液氦温区回热式低温制冷机的蓄冷材料。在以Er3Ni作为低温级蓄冷填料并采用He-H2混合工质提升脉管制冷性能的实验中,发现其在液氢温区的制冷性能提高比从He-H2混合工质角度根据热力学分析预测值要大20%左右,初步认为是因为Er3Ni与H2发生反应而生成可能具有更高比热的Er3Ni鉴于前人有关Er3Ni氢化及其氢化物的研究主要集中于对其电磁性质方面,而对Er3Ni氢化反应特性和氢化物的稳定性、热物性等对低温制冷机应用非常重要的特性尚未有报道,因此我们计划着重对此方面开展研究。本文首先阐述了金属吸氢的机理,在此基础上类比分析了Er3Ni吸氢的机理。搭建了一套氢化反应特性实验装置,对Er3Ni氢化反应的工艺等进行探索,着重研究了粒度、反应温度和压力对Er3Ni氢化反应的孕育时间和吸氢量的影响,分析了不同反应条件下Er3Ni的氢化反应过程及产物特性。在不同温度下对Er3Ni氢化的p-c-T曲线进行了实验测量,在此基础上对氢化产物Er3NiHx。的稳定性进行重点分析。同时,对氢化物Er3NiHx进行包括XRD、热物性测试在内的各种物理测试来研究Er3NiHx的晶体结构、反应机理和比热等重要现象,旨在探索其作为低温制冷机新型蓄冷材料的可行性。

Er_3Ni吸氢特性及热物性研究

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