Formation and Hydrogenation of Ti-Zr-Ni Quasicrystal

Abstract

Ti-Zr-Ni 준결정체의 구조적 안정성과 수소저장매체로써의 활용가능성에 대한 연구를 하였다. 각 합금의 조성비를 Ti_(33)+xZr_(50)+xNi_(17) 로(x=0, 5, 12, 17 그리고 22) Ti과 Zr의 비율을 변화시켜가며, 냉각속도를 달리해서 준결정체의 형성에 대하여 연구하였다. X선 회절 패턴과 전자투과 현미경을 이용하여 5축 회전대칭성을 확인하여 준결정체 상의 존재를 확인할 수 있었다. 이에 따른 결과를 통해 Ti의 조성비율을 33에서 55 at. %로 증가시킴에 따라 준결정 격자 상수 (quasilattice constant)가 5.29 Å 에서 5.15 Å 로 줄어듦을 확인하였고 결맞음 길이(coherence length)는 대략 200 Å 으로 계산되었다. 이와 같이 Ti과 Zr의 비율을 달리해서 준결정체를 제작한 결과 다양한 조성비에서 준결정체가 형성됨을 확인하였다. 연구실 자체 제작한 자동제어 수소흡수 장비를 이용하여 Ti-Zr-Ni 준결정체에 기상흡수방식을 이용, 고온 고압에서 수소를 흡수시켰고 pressure-composition-temperature (P-c-T) 곡선을 측정하였다. 수소의 흡수를 방해하는 산소층의 제거를 위하여 수소흡수 전 샘플표면에 plasma-etching을 하고 양성자빔을 조사하여 최대 H/M, 즉 수소의 몰 수에 대한 샘플의 몰 수의 비율이 대략 1.5 정도로 수소흡수가 진행됨을 확인하였다.; The structural stability of Ti-Zr-Ni quasicrystals and their hydrogenation as a possible technical application were investigated. To investigate the formation of quasicrystals formed by Ti, Zr and Ni alloys, samples of Ti_(33)+xZr_(50)+xNi_(17) were prepared with 1) different atomic concentrations of Ti and Zr (x = 0, 5, 12, 17 and 22) and 2) various quenching rates from liquids. The existence of quasicrystal phases was examined by using X-ray diffraction (XRD) and by using transmission electron microscope (TEM), and was confirmed by obtaining a five-diffraction pattern, which is a forbidden symmetry in solid state physics. Observations are as follows: 1) with increasing Ti concentration from 33 to 55 at.%, the quasilattice constants decreased from 5.29 Å to 5.15 Å, 2) the coherence length of the quasicrystals was estimated to be approximately 200 Å and 3) the quasicrystal phase was readily formed over a wide range of concentrations. Ti-Zr-Ni quasicrystals were hydrogenated and pressure-composition-temperature (P-c-T) curves were obtained by using a lab-built computer-controlled-absorption apparatus. To effectively remove the oxygen barrier which resides on the surface and enhance the capability of hydrogen absorption, various treatments were tried on the surface of quasicrystals (plasma-etching, proton beam irradiation) before loading hydrogen in the sample. As the results, oue results demonstrated that the maximum values of hydrogen to host metal ratio (H/M) was approximately 1.5.