Hydrogen storage in magnesium based thin films
Magnezyum esaslı ınce fılmlerde hıdrojen depolama
- Tez No: 286158
- Danışmanlar: PROF. DR. MACİT ÖZENBAŞ, PROF. DR. TAYFUR ÖZTÜRK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Hidrojen Depolama, Isıl Buhar Çöktürme, İnce Film, Eş-zamanlı Çöktürme, Kristalin, Nano-boyut, Mg/Pd, Mg-Cu/Pd, Hydrogen Storage, Thermal Vapor Deposition, Thin Film, Co-deposition, Resistance, Crystalline, Nano-size, Mg/Pd, Mg-Cu/Pd
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 158
Özet
Çalışma, düşük sıcaklık ve basınç aralıklarında, hızlı şekilde hidrojen depolama için uygun, Mg-esaslı ince film malzemelerin geliştirilmesini hedef almıştır. Bu amaca uygun olarak iki çöktürme birimi imal edilmiştir. Bunlar yüksek vakum ve çok yüksek vakum çöktürme birimleridir. Yüksek vakum birimi cam fanus esaslı olmakla birlikte iki çöktürme kaynağına sahiptir. Bu sistemde 0.4- 1.5 ?m kalınlık aralığında saf Mg, yüzeyi Pd ve Au-Pd ile kaplanmış Mg, Cu ile eş-zamanlı çöktürülmüş ve tabakalandırılmış Mg filmler üretilmiştir. Çöktürülen filmlerin hepsi kristalin yapıda, kolonsal tanelerden oluşmakta ve film büyüme sırasında belirli tercihli yönlenme göstermektedir. Hidrojen depolama özellikleri açısından, Mg/Pd sistemi en faydalı sonuçları vermiştir. Bu filmler 473 K'de depoladıkları hidrojeni geri verebilmektedir. Kristalin yapıdaki filmler üzerine yapılan çalışma, ayrıca filmlerin hidrürlenmesi için belirli dar bir sıcaklık aralığının varlığını da ortaya koymuştur. Bu sıcaklık aralağı film içinde intermetalik fazların oluşumuna izin vermeyecek üst sıcaklık ile sınırlıdır. Çok yüksek vakum ünitesi dört ayrı çöktürme kaynağı içermektedir. Birim, soğutulmuş azot gazı çevrimi ile altlık soğutma imkanına sahiptir. Bu sistemde eş zamanlı çöktürme yöntemi ile atomik olarak % 5, 10 ve 15 Cu içeren Mg-Cu ince filmleri üretilmiştir. Film kalınlıkları 250-300 nm arasındadır. Üretilen tüm filmler 5-25 nm kalınlığında Pd tabakası ile kaplanmıştır. Çöktürülen filmler altlık sıcaklığına bağlı olarak nanokristalin ya da amorf yapıda oluşmaktadır. Bahsi geçen tüm kompozisyonlar 298 K altlık sıcaklığında kristalin yapıda çökmekte ve kompozisyonda artan Cu miktarı ile film tane yapısında incelme meydana gelmektedir. 223 K de ise Mg:Cu=95:5 dışındaki kompozisyonlar amorf yapıda oluşmaktadır. Filmlerin hidrojen depolama davranışları rezistans ölçme yöntemi ile takip edilmiştir. Filmler eşsüreli olarak önce sabit hidrojen basıncı altında ısıtılmış, daha sonra ısıtma işlemi vakum altında devam ettirilmiştir. Çalışma filmlerde tane yapısında incelmeye bağlı olarak hidrojen depolama özelliklerinin iyileştiğini göstermektedir. Bu iyileşme amorflaşma ile birlikte daha da artmaktadır. Üretilen filmlerden, Mg:Cu=85:15 alaşımı hidrojeni oda sıcaklığında depolamakta ve 223 K (50 ºC)'de hızlı bir şekilde geri bırakmaktadır.
Özet (Çeviri)
A study was carried out for the production of Mg-based thin films which can absorb and desorb hydrogen near ambient conditions, with fast kinetics. For this purpose, two deposition units were constructed; one high vacuum (HV) and the other ultra high vacuum (UHV) deposition system. The HV system was based on a pyrex bell jar and had two independent evaporation sources. The unit was used to deposit films of Mg, Mg capped with Pd and Au-Pd as well as Mg-Cu both in co-deposited and multilayered form within a thickness range of 0.4 to 1.5 ?m. The films were crystalline with columnar grains having some degree of preferred orientation. In terms of hydrogen storage properties, Mg/Pd system yielded the most favorable results. These films could desorb hydrogen at temperatures not greater than 473 K. The study on crystalline thin films has further shown that there is a narrow temperature window for useful hydrogenation of thin films, the upper limit of which is determined by the intermetallic formation. The UHV deposition system had four independent evaporation sources and incorporated substrate cooling by circulating cooled nitrogen gas through the substrate holder. Thin films of Mg-Cu were produced in this unit via co-evaporation technique to provide concentrations of 5, 10 and 15 at. % Cu. The films were 250-300 nm thick, capped with a thin layer of Pd, i.e. 5-25 nm. The deposition was yielded nanocrystalline or amorphous Mg-Cu thin films depending on the substrate temperature. At 298 K, the films were crystalline, the structure being refined with the increase in Cu content. At 223 K, the films were amorphous, except for Mg:Cu=95:5. The hydrogen sorption of the films was followed by resistance measurements, with the samples heated isochronally, initially under hydrogen and then under vacuum. The resistance data have shown that hydrogen sorption behaviour of thin films was improved by size refinement, and further by amorphization. Among the films deposited, amorphous Mg:Cu=85:15 alloy could absorb hydrogen at room temperature and could desorb it at 223 K (50 ºC), with fast kinetics.
Benzer Tezler
- Thickness effects in hydrogen sorption of magnesium/palladium thin films
Magnezyum-paladyum ince filimlerde kalınlığın hidrür kararlığına etkisi
AYSHE GHAREMESHG GHARAVİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. TAYFUR ÖZTÜRK
- Magnesium based hydrogen storage materials
Magnezyum esaslı hidrojen depolama malzemeleri
MERVE ILIKSU
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. REHA YAVUZ
- Effects of additives on mechanical milling and hydrogenation of magnesium powders
Hidrojen depolama amacıyla magnezyum tozlarının öğütülmesinde katkı maddelerinin etkisi
MURAT GÜVENDİREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAYFUR ÖZTÜRK
- Yüksek performanslı magnezyum esaslı hidrojen depolama alaşımının geliştirilmesi
Development of the high performans magnesium based hydrogen storage alloy
FATMA KARANFİL
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
EnerjiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ANIK
- Magnezyum esaslı amorf ve nanokristal alaşımların üretilmesi, mekanik özelliklerinin ve hidrojen depolama kapasitelerinin incelenmesi
Production of magnesium based amorphous and nanocrystalline alloys, and investigation of their mechanical properties and hydrogen storage capacities
CELAL KURŞUN
Doktora
Türkçe
2018
Fizik ve Fizik MühendisliğiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSA GÖĞEBAKAN