中性子回折によるTi-Zr系水素吸蔵合金の水素原子位置の解明

通过中子衍射阐明 Ti-Zr 储氢合金中氢原子的位置

基本信息

批准号：
13750611
负责人：
伊藤恵司
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、中性子零散乱合金であるTi_<0.6756>Zr_<0.3244>組成粉末を重水素雰囲気中でミリングすることにより、アモルファス及び結晶(Ti_<0.6756>Zr_<0.3244>)D_xを作製し、それらの原子構造ならびに水素原子の存在位置を中性子回折実験により調べた。Ti(99.99%,#100)及びZr(98%,#100)を高純度Ar(5N)で数回置換し、1.3×10^<-2>Pa以下まで真空引きした後、遊星型ボールミル(フリッチュP-5)により0.08MPa及び2MPaの重水素雰囲気中で720ksミリングし、アモルファス(Ti_<0.6756>Zr_<0.3244>)D_<0.31>及び結晶(Ti_<0.6756>Zr_<0.3244>)D_<1.54>をそれぞれ作製した。中性子回折実験は高エネルギー加速器研究機構・物質構造科学研究所に設置されているHIT-II回折装置を用いて行われた。Zr原子の中性子に対する干渉性核散乱振幅は正の値であるのに対し、Ti原子のそれは負の値であるので、中性子回折で得られたRDF(r)のTi-Zr相関は負のピークとして観測される。アモルファスTi_<0.6756>Zr_<0.3244>D_<0.31>のRDF(r)にはTi-Zr相関に相当する負のピークが観測された。これはミリングによりTiとZrが原子レベルで混合していることを示している。また、S(Q)のピーク位置から、アモルファス相ではTi-Zr系の高温相であるBCC構造が残っていることがわかった。一方、結晶Ti_<0.6756>Zr_<0.3244>D_<1.54>のRDF(r)には、Ti-Zr相関に相当する負のピークは観測されなかった。また、S(Q)のピーク位置がTi及びZrの水素化物のそれと一致することから、ミリングによりTiとZrの原子レベルの混合がおこなわれず、それぞれの水素化物が形成されたものと考えられる。更に、アモルファス(Ti_<0.6756>Zr_<0.3244>)D_<0.31>における水素原子の存在サイトに関する詳細な情報を得るため、中性子回折実験により得られたデータについてリバースモンテカルロ計算を行った。その結果、98%の水素原子が4面体サイトに存在していることが明らかになった。

本研究通过在氘气氛中球磨零中子散射合金Ti_<0.6756>Zr_<0.3244>成分粉末制备了非晶态和晶态(Ti_<0.6756>Zr_<0.3244>)D_x的原子结构。并通过中子衍射实验研究了氢原子的位置。用高纯Ar（5N）多次置换Ti（99.99%，#100）和Zr（98%，#100）并抽真空至1.3×10^<-2>Pa以下后，采用行星式球磨机（0.08MPa和 Fritsch P-5 的 2MP）在氘气氛中研磨720ks，分别产生非晶态(Ti_<0.6756>Zr_<0.3244>)D_<0.31>和晶态(Ti_<0.6756>Zr_<0.3244>)D_<1.54>。中子衍射实验是使用安装在高能加速器研究机构材料结构科学研究所的HIT-II衍射仪进行的。 Zr原子的中子相干核散射振幅为正值，而Ti原子的中子相干核散射振幅为负值，因此中子衍射得到的Ti-Zr相关性RDF(r)有一个负峰。在非晶Ti_<0.6756>Zr_<0.3244>D_<0.31>的RDF(r)中观察到对应于Ti-Zr相关性的负峰。这表明Ti和Zr通过铣削在原子水平上混合。另外，从S(Q)的峰位置可知，在非晶相中残留有作为Ti-Zr系高温相的BCC结构。另一方面，在晶体Ti_<0.6756>Zr_<0.3244>D_<1.54>的RDF(r)中没有观察到对应于Ti-Zr相关性的负峰。另外，由于S(Q)的峰位置与Ti和Zr的氢化物的峰位置一致，因此认为研磨并未在原子水平上混合Ti和Zr，而是形成了各自的氢化物。此外，为了获得非晶态(Ti_<0.6756>Zr_<0.3244>)D_<0.31>中氢原子存在位点的详细信息，我们对中子衍射实验获得的数据进行了逆蒙特卡罗计算。结果表明，98% 的氢原子存在于四面体位置。