1. Основное свойство магния
Магний — элемент второй группы (по старой классификации — главной подгруппы второй группы), третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 12. Обозначается символом Mg (лат. Magnesium). Простое вещество магний — лёгкий, ковкий металл серебристо-белого цвета. Структура решётки и параметры мания - ГПУ (Гексагональная плотноупакованная решетка). Как показано на рисунке 1.
Рисунке 1. Структура решётки магния
Параметры решётки а=0,3202нм и с=0,5199нм в рисунке 1.
Параметры прямой решётки магния по формулам 1 получили:
Параметры обратной решётки магния получили по формулам 2:
Поверхность Ферми магния показана в рисунке 2
Эта поверхность Ферми открытая. Потому что Ф. п. распадается на полости, каждая из которых помещается в одной элементарной ячейке пространства квазиимпульсов.
Зона Бриллюэна найдена с помощью обратной решетки. Первая зона Бриллюэна показана на рисунке 3.
Таблица 1. Сравнительные свойство Mg
|
Свойства |
Макро. |
Нано. |
Размер наноматериала/нм |
Вид материала |
|
Температура плавления/°C |
650 |
540(1) |
60 |
Порошок
|
|
Начальная точка кипения/°C |
1100 |
1,090 |
60 |
|
|
Объёмная плотность г / см3 |
0.9 |
1.24 |
60 |
|
|
Удельная площадь поверхности (м2 / г) |
10 |
14 |
60 |
Поскольку информация о температуре плавления порошка магния не может быть найдена, мы рассчитали температуру плавления частиц порошка магния 60 нм, используя эмпирическую формулу [1]:
σs- поверхностное натяжение твердого тела,σl- поверхностное натяжение жидкости,L - изменение фазы скрытого тепла,r- размер частиц,ρs-твердая плотность,ρl-плотность жидкости,T0 – температура плавления обычного магния,T- температура плавления частиц порошка магния
σs= 232МПа
σl= 0.570 кПа
L= 373.2 кДж/кг
r= 60 нм
ρs= 1.7 г/см3
ρl=1.58 г/см3
Как видно из таблицы, температура плавления наномагниевого порошка снижается на 12%, температура кипения уменьшается на 1%, объемная величина увеличивается на 27%, удельная площадь поверхности увеличивается на 40% по сравнению с макроскопическими материалами. Факторами, влияющими на температуру плавления наноматериалов, являются квантовые размерные эффекты и классические размерные эффекты. Классический размерный эффект — это прежде всего поверхностный эффект. Причина этого эффекта состоит в том, что увеличение числа поверхностных атомов приводит к увеличению поверхностной энергии. А квантовый размерный эффект обычно возникает, когда размер частиц близок к длине волны Де Бройля. Конкретное суждение основано на формуле Кубо
:
где δ - расстояние между уровнями энергии, вызванное эффектом квантового размера; ℏ – уменьшенная постоянная Планка;m – электронное качество;n – количество электронов на единицу объема;K – постоянная Больцмана,T – температура,d – размер частиц.
ℏ= 1.05×10-34 Дж/c; m= 9.1×10-31 кг; nMg= 8.61×1028 m-3; K= 1.38×10-23 Дж/К;
При T= 1K,
После расчета радиус частицы должен быть примерно равен 13 нм. Очевидно, что для наших материалов квантовый размерный эффект не имеет большого значения для свойств материала. Таким образом, доминирующая роль здесь — это классический размерный эффект.
2. Технология получения
В настоящее время существует два основных метода производства нанопорошка магния: метод резистивного нагрева и метод электронно-лучевого нагрева. В этом процессе, материал испаряется в пары металлов, затем происходит зародышеобразование, кристаллизация и, наконец, образование нанопорошка. Размер частиц порошка магния зависит от многих факторов. Такие как температура нагрева, давление, скорость охлаждения и т. Д. Изменяя эти параметры, можно получить нанопорошки магния разных размеров [3].
Этот способ приготовления имеет следующие преимущества: высокая чистота препарата, низкая скорость окисления, высокий выход и простота устройства.
Недостатком является то, что экспериментальный процесс относительно опасный (порошок магния огнеопасен и взрывоопасен), и нужно строго контролировать экспериментальные параметры.
3. Применение
Используется порошок магния соединение с ванадием, водородом, кислородом, никелем. Исследование абсорбционных и десорбционных свойств водорода Mg2V2O5. Oelerich и др. [4] обнаружили, что, когда nano-MgH2-V0,01 помещают в воздух на некоторое время, его кинетика поглощения и десорбции водорода. Анализ считает, что это из-за кислорода в воздухе будет материал V в средней части окисляется до V2O5.
Это также оказывает каталитическое влияние на улучшение динамических свойств MgH2[5]. Наноматериалы, полученные механическим легированием Mg-3Ni-2V2O5 имеет очень хорошую кинетику поглощения и десорбции водорода Может. Этот материал для хранения водорода будет производить очевидную «индукцию» в процессе поглощения водорода.
Бархордариан и др. также указали, что, когда содержание Nb2O5 в MgH2 составляет около 0,2% (моль), стадия быстрого контроля реакции выделения водорода изменяется: содержание больше 0,2% (моль). Контроль шага границы раздела: менее 0,2% контролируется диффузией водорода [6]. Таким образом, этот материал имеет спасобность хранения водорода.