Исследование диффузии водорода в высокоэнтропийных сплавах TiVCrNbMo и TiVCrNb методом ядерного магнитного резонанса

Водородная энергетика требует не только эффективного получения, но и систем удобного хранения этого очень своеобразного (и, главное, взрывоопасного!) газа. Перспективными материалами для этого считаются высокоэнтропийные сплавы (ВЭС). Спецы-материаловеды из Института физики металлов УрО РАН и Института металлургии УрО РАН (Екатеринбург) с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) заглянули внутрь двух таких сплавов — TiVCrNbMo и TiVCrNb — и измерили, с какой скоростью в них движется внедрённый водород.

Почему ЯМР? Этот метод работает как сверхчувствительный детектор движения на атомном уровне. Измеряя скорость спин-решеточной релаксации ядер водорода (¹H) и ванадия (⁵¹V), можно с высочайшей точностью определить параметры диффузии — скорость движения атомов H и энергию активации, которую для этого нужно затратить.

Исследователи изучили сплавы с разной степенью насыщения водородом в широком диапазоне температур. Оказалось, что в обеих системах подвижность водорода увеличивается с ростом его концентрации. Это необычное для многих гидридов поведение открывает интересные перспективы для управления скоростью выделения газа из материала. Средняя энергия, которую нужно затратить атому водорода для «прыжка», в этих ВЭС чрезвычайно мала — всего от 0.197 до 0.275 эВ. Для сравнения, в многих классических гидридах эта величина превышает 0.4 эВ. При этом разброс энергий активации (ширина распределения) также был небольшим (0.19–0.25), что указывает на однородность диффузионных путей в решётке ВЭС.

Результаты опубликованы в Journal of Alloys and Compounds.

Источник: Пресс-служба ИФМ УрО РАН