贮氢金属
由于某些过渡金属和合金的特殊晶格结构,氢原子可以较容易地进入金属晶格的间隙位,形成金属氢化物。这类材料可以储存比其体积大1000~1300倍的氢气,储氢密度比液氢还高。加热时,氢气可以从金属中释放出来,这是一种可逆的储氢过程。稀土金属尤其是镧和镍的金属间化合物,如LaNi5,具有良好的储氢性能。
目前,正在研究和接近实用的储氢材料包括Mg2Cu、TiFe、TiMn、TiCr2、LaNi5、ZrMn2和含稀土金属(La、Ce)的Ni、Zr、Al或Cr-Mn多元合金。
储氢材料具有吸氢和放氢的功能,以及伴随产生的热效应,使其在许多领域具有广阔的应用前景:
(1)氢气的储存、运输和提纯。储氢材料不仅可以储存氢气,而且由于LaNi5与氢形成不稳定的氢化物,因此LaNi5放氢后可以实现氢气的高纯度提纯。稀土储氢(纯化)器已经应用于氢原子钟、气相色谱仪和冷却发动机等领域,还用于氨厂从吸洗气中回收和净化高纯氢气。
(2)高性能充电电池。镍-金属氢化物(Ni-MH)电池作为一种新型的二次电池,已经得到广泛应用。在这种电池中,放置了LaNi5储氢材料。在充电时,电池反应会释放氢气,压力迅速增加,当压力超过LaNi5的平衡压力时,氢气会被吸收。在放电时,氢气会从LaNi5Hm中释放出来,与NiOOH反应生成Ni(OH)2并释放出电子。这种电池在宇航、袖珍计算器、移动电话、电动汽车等领域具有广泛的应用。
记忆合金 记忆合金是一种新型金属材料,具有形状记忆效应。在一定外力作用下,记忆合金的形状和体积会发生改变,然后在加热到某一温度时,它能够完全恢复到变形前的几何形态。目前已知的记忆合金有Cu-Zn-X(X=Si、Sn、Al、Ga)、Cu-Al-Ni、Cu-Au-Zn、Cu-Sn、Ag-Cd、Ni-Ti(Al)、Ni-Ti-X、Fe-Pt(Pd)等。
记忆合金具有形状记忆效应的原因是,这类合金存在着一对可逆转变的晶体结构。例如,含有Ti和Ni各50%的记忆合金,具有菱形和立方体两种晶体结构,两种晶体结构之间存在一个转化温度。当温度高于这一温度时,合金会从菱形结构转变为立方结构,当温度低于这一温度时,合金会向相反方向转变晶体类型,从而导致材料形状的改变。
记忆合金可以制成随温度变化而胀缩的弹簧,用于暖房、玻璃房顶窗户的启闭。当气温较高时,弹簧会伸长,使窗户打开;当气温较低时,弹簧会收缩,使窗户关闭。