TiN氢催化膜磁控溅射制备与氢传输性能

发布时间：2020-05-27 17:12

【摘要】：TiN_x薄膜因其具有催化氢分子解离为氢原子的特性而受到氢气提纯领域的广泛关注。本文利用磁控溅射薄膜制备技术,系统研究了氮分压、电源功率、偏置电压及基底温度等工艺参数对TiN_x氢催化膜相和结构的影响规律,并利用电化学方法,表征了不同条件制备的TiN_x薄膜的催化析氢性能。以此为基础,优选催化活性最高的TiN_x膜,并以具有良好抗氢脆性能的V_(85)Ni_(15)铸态合金膜片为基底,制备TiN_(0.70)/V_(85)Ni_(15)/TiN_(0.70)氢分离复合膜,系统研究了其氢溶解、氢渗透等氢传输性能,并与传统Pd/V_(85)Ni_(15)/Pd氢分离复合膜的性能进行对比。TiN_x薄膜XRD掠射、EDS面扫及电化学测试分析结果表明,以氮分压10%、电源功率200W、基底负偏压200V、基底温度400℃的工艺参数磁控溅射制得的单相NaCl型TiN_(0.70)薄膜(111)晶面衍射峰最强且拥有最佳的电催化析氢性能,电化学LSV(线性伏安扫描)及EIS(电化学阻抗谱)测试分析结果均明显优于其他工艺参数下制得的TiN_x薄膜。而后对TiN_(0.70)薄膜的SEM测试结果则表明,其为纳米晶结构,是垂直于基底生长的纳米级柱状晶,表面颇为平整。通过膜厚度计算出磁控溅射的镀膜速率约为13.85nm/min。氢溶解实验结果表明,TiN_(0.70)/V_(85)Ni_(15)/TiN_(0.70)氢分离复合膜溶解氢气的过程是放热的过程,且其在473K与673K时与Sieverts定律的契合度较好。从氢扩散驱动力由化学势梯度提供的理论分析表明渗透量与PCT因子有良好的正比例线性关系,且随着温度的提高,直线斜率增加,故而氢原子在氢分离复合膜中的迁移速率也随之增大。氢渗透实验结果表明,TiN_(0.70)/V_(85)Ni_(15)/TiN_(0.70)氢分离复合膜具有良好的氢渗透性能,其在323K、373K、473K和673K时的氢渗透系数依此为4.22×10~(-9)、6.22×10~(-9)、1.16×10~(-8)和2.18×10~(-8)molH_2 m~(-1)s~(-1)Pa~(-0.5)。进一步分析TiN_(0.70)/V_(85)Ni_(15)/TiN_(0.70)氢分离复合膜的氢传输性能,计算得出其在473K时的本征扩散系数的值为6.8×10~(-10)m~2/s远高于Pd/V_(85)Ni_(15)/Pd氢分离复合膜在523K时的本征扩散系数的值3.6×10~(-10)m~2/s。同时,TiN_(0.70)/V_(85)Ni_(15)/TiN_(0.70)氢分离复合膜在673K时的本征扩散系数的值为18.2×10~(-10)m~2/s与Pd/V_(85)Ni_(15)/Pd氢分离复合膜在673K时的本征扩散系数的值18.0×10~(-10)m~2/s基本相等。进而分析得出TiN_(0.70)/V_(85)Ni_(15)/TiN_(0.70)氢分离复合膜在低于673K的温度区间内其氢扩散性能强于Pd/V_(85)Ni_(15)/Pd氢分离复合膜。
【图文】：

不易变形损坏；其五，金属膜分离膜与其他非金属膜片相比优势明显，可在多低成本高收益的最优之选。目前，钯（Pd选择透过性能突出被认为是制作金属膜的最了商业价值。性能不佳，，无法在高压下进行氢气的分离提低于 573K，使用超过 72h），易发生氢脆现；最后并且最重要的原因是钯为贵金属，在格昂贵，目前约 335 元/克，无法大规模投入到可在高压、低温且长时间渗氢的廉价膜材量研究发现，元素周期表中5B族元素钒、铌属的渗氢性能常用氢渗透系数Φ表示，且氢 1-1 所示。

氢膜的基础材料，其成本是远远低于钯和钯基合金的，因此，开发氢气提纯金属膜具有良好前景。 V 基合金制成氢气提纯金属膜展现出的优秀发展前景，国内外氢气者近年来对 V 基合金进行了大量研究探索，发现在 V 中添加 Ni、 等斥氢元素可以降低氢溶解性，提高金属膜强度；同时抑制生成氢化的发生。渗透合金膜的工作机制膜提纯氢气的传输机理是氢原子的溶解-扩散机制[19]。金属膜两侧进氢分子解离扩散又能防止金属膜氧化的钯膜。氢气通过金属膜的 1-2 所示需要七个阶段。1）氢分子吸附在金属膜上游高压表面；2化作用下，氢分子解离成原子；3）氢原子溶解进入金属膜内；4）的作用下，氢原子扩散穿过金属膜；5）氢原子在金属膜下游低压）氢原子再次结合为氢分子；7）氢分子在金属膜下游低压表面解吸属膜提纯氢气的整个过程。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 方满明;;线路传输性能的改善措施[J];中国新通信;2013年15期

2 吴东平;吴一星;;受扰光纤统一理论简介[J];南京工学院学报;1988年06期

3 陆荣春;;一种性能优良的光纤传输中继机[J];光通信技术;1989年02期

4 鲁伟;;优化石英光纤紫外传输性能的实验研究[J];知识经济;2011年11期

5 张树强;涂峰;刘德明;;石英光纤紫外传输性能的研究[J];光通信研究;2010年05期

6 宋丽华;刘方爱;张凤娟;;基于网格服务的GridFTP传输性能的研究[J];计算机工程与设计;2009年06期

7 王国欢;李敏;于仕;;复杂网络通信信息传输性能优化设计仿真[J];计算机仿真;2018年01期

8 顾玉华;8B1C码的传输性能分析[J];光通信研究;1983年04期

9 钱新伟;涂峰;刘德明;汪洪海;罗杰;;掺杂对光纤紫外传输性能的影响[J];光子学报;2010年02期

10 余重秀;光传送网的传输性能和传输限制[J];中兴通讯技术;2001年06期

相关会议论文 前10条

1 彭雪林;王从思;宋立伟;肖岚;黄进;胡骏;王志海;闵志先;;钎焊中空洞对微波信号传输性能的影响[A];2014年电子机械与微波结构工艺学术会议论文集[C];2014年

2 龚冰;李兴国;娄国伟;;340GHz亚毫米波大气传输性能的研究[A];2007年全国微波毫米波会议论文集（下册）[C];2007年

3 蔡亚梅;程新;侯鹏坤;;正硅酸乙酯对硬化水泥浆水介质传输性能影响研究[A];中国硅酸盐学会水泥分会第五届学术年会论文摘要集[C];2014年

4 李祥祥;桑磊;马强;;矩形微同轴射频传输性能研究[A];2015年全国微波毫米波会议论文集[C];2015年

5 程光;钱德鑫;吴桦;;MPTCP传输性能关键影响因素研究与分析[A];2018中国信息通信大会论文摘要集[C];2018年

6 向能军;王芸芸;龚孟濂;梁万里;石建新;;具电子传输性能的新型β-二酮及其Eu(Ⅲ)三元螯合物的合成与发光研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ[C];2004年

7 段波;翟鹏程;;n型三元取代Co_4Sb_(11)Ge_(1-x-y)Te_xSe_y化合物电热输运性能的研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年

8 何十全;聂在平;;基于多层薄介质片等效模型的天线罩传输性能高效数值分析[A];2009年全国天线年会论文集（下）[C];2009年

9 冯海燕;;塑料光纤的发展及应用[A];2014年光缆电缆学术年会论文集[C];2014年

10 周亚球;任勇毛;李琢;周旭;李灵玲;;基于SDN的科学DMZ研究与实现[A];2018中国信息通信大会论文摘要集[C];2018年

相关重要报纸文章 前10条

1 江映辉;提升ADSL出线率的解决方案[N];人民邮电;2004年

2 敖立;ADSL2／2＋：未来DSL市场的主流技术[N];人民邮电;2004年

3 ;从承诺到现实：LTE发展的新阶段[N];人民邮电;2008年

4 记者 王越;安德鲁铝缆传输性能优越[N];中国质量报;2008年

5 《网络世界》评测实验室 董培欣;旁观802.11n[N];网络世界;2009年

6 中国电信集团公司总工程师办公室 王波;新一代ADSL技术浮出水面[N];通信产业报;2003年

7 本报记者 阎冰;调查显示：观望态度弥漫802.11n市场[N];网络世界;2009年

8 龙;实达网上之星又添SOHO一族[N];中国计算机报;2000年

9 高国栋;典型防火墙 你选谁[N];中国计算机报;2003年

10 王彤;假货危害大[N];中国计算机报;2004年

相关博士学位论文 前10条

1 郑军;认知无线电网络中次用户传输性能边界建模与分析[D];华中科技大学;2019年

2 马立国;基于微结构的氯离子在混凝土中传输性能研究[D];东南大学;2017年

3 王倩楠;荷载作用下纤维增强水泥基复合材料的传输性能研究[D];东南大学;2018年

4 杨冠男;面向空间通信的DTN协议传输性能研究[D];南京大学;2019年

5 张蕾;基于802.11的无线Mesh网络传输性能研究[D];中国科学技术大学;2007年

6 乔春雨;矿物掺合料和减缩剂对混凝土传输性能的影响[D];北京科技大学;2016年

7 高冠军;传输质量可控的全光网络关键技术研究[D];北京邮电大学;2012年

8 樊文浩;精细硅化物热电材料制备技术及其热电传输性能的研究[D];太原理工大学;2013年

9 杨柳;全光分组交换网络中先进调制格式研究[D];华中科技大学;2017年

10 吴亚辉;延迟容忍网络信息传输性能分析与优化方法研究[D];国防科学技术大学;2013年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘冠威;TiN氢催化膜磁控溅射制备与氢传输性能[D];哈尔滨工业大学;2019年

2 金珊;傒二酰亚胺二聚体衍生物在光伏器件中的传输性能研究[D];哈尔滨工业大学;2019年

3 应康;引线搭焊互联点形态与信号传输性能影响机理研究[D];西安电子科技大学;2019年

4 李孟遥;短期持压荷载下掺高炉矿渣高强混凝土物质传输性能的试验研究[D];大连理工大学;2019年

5 杨宇昕;Nb-Pd-Ti-Co氢分离合金微观组织与氢传输性能[D];哈尔滨工业大学;2018年

6 王乃健;金属环境下磁共振耦合无线电能传输性能研究[D];南京理工大学;2018年

7 宋阳;低成本光传输系统中DMT和PAM-4信号的传输性能研究[D];电子科技大学;2018年

8 王晓瑞;基于多载波和RS-CC编码提高锚系耦合链传输性能的研究[D];天津工业大学;2018年

9 陈毓彬;连接器高速传输性能测试技术研究[D];华南理工大学;2013年

10 喻秀;无线分布合作中继通信网中传输性能的研究[D];昆明理工大学;2014年

本文编号：2683863