高熵高温合金作为金属结构材料领域的研究热点,因其在极端环境下的潜在应用价值受到广泛关注。系统阐述了高熵高温合金的组成特征与微观结构设计:在元素组成方面,采用等原子比或近等原子比的多元组分配比构建高熵体系;在组织结构方面,通过面心立方固溶体基体与有序析出相的协同作用实现性能优化。研究显示,HESA在宽温域(20~1 200 ℃)内均能保持优异的强塑性匹配,其力学性能稳定性源于多尺度强化机制的协同作用,包括固溶原子引起的晶格畸变强化、纳米级有序析出相带来的第二相强化,以及晶界工程调控实现的晶界强化。最后对高熵高温合金的研究应用前景进行了展望。

金属氢化物和轻质配位金属氢化物以其高质量储氢密度和高安全性成为了氢气储存的理想解决方案之一。然而,较高的工作温度限制了其进一步发展和应用。反应性氢化物复合体系(RHCs)通过改变放氢反应路径、降低反应焓变,与单一储氢材料相比极大地提升了放氢热力学性能。此外,进一步结合催化掺杂方法,可以实现RHCs动力学性能和循环性能的高效同步提升。本文系统性综述了RHCs的近期研究进展,对包括Li-Mg-B-H体系、Li-Mg-N-H体系在内的多种RHCs的放氢机制和催化掺杂改性研究成果进行了详细的讨论,并针对RHCs当前面临的挑战展望了未来研究的重点和发展方向。

随着全球能源转型的加速,氢能因其高能量密度和清洁特性受到广泛关注。在储氢技术中,固态储氢以安全性高和体积能量密度大被视为最具潜力的途径。然而,固态储氢材料在储氢密度与操作温度2个重要指标面临着“鱼与熊掌”不可兼得的困局,严重制约了其实际应用。近年来,数据驱动技术在材料设计、性能预测和催化剂优化方面展现出巨大潜力,为新型储氢材料的开发提供了新思路。本文系统综述了数据驱动技术在固态储氢领域的研究进展,重点包括3方面:首先,高质量数据库的构建与应用为模型训练提供可靠支撑;其次,基于机器学习的合金正向与逆向设计实现了材料性能的高效预测与优化;最后,多智能体平台(如Cat-Advisor)通过多模态文献信息处理,推动镁基脱氢催化剂的智能筛选与优化。文章还讨论了催化剂微观结构表征不足、逆向设计能力有限及多源数据提取困难等挑战,并展望了通过AI、多模态智能体和数据库质量提升,推动固态储氢材料研发向系统化与智能化发展的前景。

储氢合金作为负极材料对Ni-MH二次电池性能有重要影响。为了进一步改善RE-Mg-Ni系超点阵结构储氢合金电极材料的循环稳定性,设计和研究了无镁A₅B₁₉型Gd_1-xSm_xNi_3.33Mn_0.17Co_0.2Al_0.1(0≤x≤1)合金,系统研究了稀土Sm元素替代Gd对合金退火组织、气体储氢和电化学性能的影响。结果表明,经1 273 K退火后,合金组织由2H-Ce₂Ni₇型主相和3R-Ce₅Co₁₉型双相组成,随Sm含量x的增加,2H-Ce₂Ni₇型主相相丰度增加,3R-Ce₅Co₁₉型相逐渐减少,同时2H-Ce₂Ni₇型相和3R-Ce₅Co₁₉型相的晶胞参数a、c、V随Sm含量增加均逐渐增大。稀土Sm对合金的气体氢化行为影响较明显,加入Sm元素后合金在吸放氢时存在一定的氢致非晶化倾向,随Sm含量增加,合金的最大吸氢量逐渐增加,同时可明显降低合金储氢的PCT曲线平台和减小合金氢化物的生成焓ΔH^Θ。含Sm元素的合金电极均具有良好的充放电活化性能,随Sm元素含量增加,电极放电容量从279.6 mAh/g逐渐增加至x=1.0时的378.4 mAh/g;经100次充放电循环后,合金电极均具有良好的容量保持率S100= 94.3%~98.8%,随Sm含量增加,容量保持率S100稍有下降。当Sm含量x＞0时,合金电极均具有良好的大电流放电性能,其中HRD₉₀₀为84.7%~87.6%。x=1.0合金可兼具高的放电容量(378.4 mAh/g)、良好循环稳定性(S100=94.3%)和高倍率放电性能(HRD₉₀₀=84.7%),具有优良的综合电化学性能。

为了提高Mg基合金的吸放氢速率以及降低Mg-H的稳定性,同时保证合金的高储氢容量,在Mg基合金中引入稀土元素La、Y,加入过渡金属Ni元素,同时加入In元素来提升合金的吸放氢性能。将加入In元素的合金通过快淬工艺得到非晶-纳米晶合金,并对快淬合金在400 ℃进行4 h的退火,通过不同工艺提升合金的吸放氢性能。对 Mg₉₀La₂Y₂Ni₆和不同工艺下Mg₉₀La₂Y₂Ni_4.8In_1.2合金与氢反应前后的相变和结构演变进行了表征。结果表明:快淬工艺可以使Mg₉₀La₂Y₂Ni_4.8In_1.2合金形成以非晶为主的非晶-纳米晶结构,而铸态Mg₉₀La₂Y₂Ni₆和Mg₉₀La₂Y₂Ni_4.8In_1.2以及退火Mg₉₀La₂Y₂Ni_4.8In_1.2合金试样中含有Mg、Mg₂Ni、La₂Mg₁₇、YNi₃相,In元素的加入分别与Mg和Mg₂Ni形成Mg(In) 固溶体和Mg₂Ni(In)相,同时In元素的加入造成了Mg晶体的晶格收缩,与之相反Mg₂Ni晶体的晶格参数升高,引起晶格膨胀。晶化退火促使非晶相完全晶化,形成均匀的元素分布和细化的微观组织。新生晶粒和晶界为氢扩散提供了更多通道。吸放氢动力学测试结果表明:退火后Mg₉₀La₂Y₂Ni_4.8In_1.2合金在260~320 ℃具有最优吸氢容量,且在320 ℃下500 s内和260 ℃下1 500 s内可以实现完全放氢,且放氢活化能降低至63.36 kJ/mol。

金属氢化物(MH)-氢压缩机(MHHC)或吸热压缩机(MH TSC)可将热能转化为压缩氢气,与传统的机械氢压缩方法相比,其主要优势在于利用低品位热源替代电能,具有设计和操作简单、无运动部件、结构紧凑、安全可靠等优点。金属氢化物材料或氢压缩材料作为这种热发动机的重要组成部分,具备若干基本特性,以实现氢气压缩的高效性能。文章综述了金属氢化物材料用于调控氢压技术的应用场景、基本原理,以及作为氢压缩材料的主要类型及特征。

稀土-镁-镍系超晶格合金的容量衰减主要是由于[A₂B₄]亚单元的吸氢分解以及[A₂B₄]亚单元与[AB₅]亚单元的不匹配性。为了寻求稳定的超晶格结构,首先制备了与[A₂B₄]亚单元具有类似结构的Sm-Mg-Ni系AB₂型储氢合金。XRD表征发现经过吸放氢循环后,合金仍保持稳定的MgCu₄Sn型结构。在[A₂B₄]亚单元结构稳定的基础上制备了Sm-Mg-Ni系超晶格型储氢合金Sm_0.55Mg_0.25Y_0.20Ni_2.95Al_0.15。Sm_0.55Mg_0.25Y_0.20Ni_2.95Al_0.15合金由PuNi₃型相与Ce₂Ni₇型相组成,在298 K下的储氢量为1.53%(质量分数),当温度达到323 K时,60 s内即可达到最大吸氢量的90%,20次吸放氢后超晶格结构不变,容量保持率可达到96.3%。

金属氮氢化物储氢体系,以Li-Mg-N-H为典型代表,凭借其出色的储氢容量、良好的吸放氢可逆性以及较为理想的热力学性能,被认为是当前最具应用潜力的固态储氢材料之一。然而,该体系面临的核心挑战在于其吸放氢反应的复杂性以及较高的动力学能垒。本文系统综述了该体系的主要成分组成与储氢性能、性能优化手段(包括化学成分调控、纳米结构设计、催化改性)以及实际应用等方面的进展。在催化改性方面,重点介绍碱金属基化合物、金属硼氢化物、过渡金属及其化合物、稀土化合物、碳材料等催化剂的改性效果和作用机制。最后,探讨了该体系实际应用亟待解决的关键研究方向。

Q690DR钢的强度随回火温度的增加而降低,-40 ℃时冲击韧性随淬火温度的降低而增加,在640~680 ℃时随回火温度的增加而增加。通过热处理工艺控制可以保证新型高压储氢容器用钢符合工程应用要求。通过电化学动态充氢慢应变速率拉伸试验,测得Q690DR氢导致伸长率降低3%,氢导致的断面收缩率降低了14.1%,具有较低的氢脆敏感性。通过热脱附质谱仪(Thermal Desorption Sepctrometry, TDS)测试了Q690DR在不同的加热速率、放置时间、充氢电流密度条件下的氢脱附逸出曲线,计算得到Q690DR的低温氢脱附激活能为Ea=13.39 kJ/mol,高温氢脱附激活能为Eb=117.51 kJ/mol,Q690DR氢扩散系数为9.85×10^-7 cm²/s,在充氢后放置时间超过12 h,基体中的可扩散氢基本上可以完全逸出。Q690DR基体中充入的氢含量随着充氢电流密度的增加而增加。此外,借助原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM),观察到在充氢后,氢在晶界和第二相的富集行为,并根据电势差变化,可判断晶界为浅氢陷阱,第二相为深氢陷阱。

氢能作为清洁高效的能源载体,其安全储存是关键。TiFe基合金因理论储氢容量高、成本低等优势成为研究热点,但其表面易氧化、活化条件苛刻及循环稳定性差等问题限制了应用。本文综述了近年来TiFe基合金的改性策略,重点阐述了机械合金化、非化学计量设计、元素替代及表面处理等方法对TiFe合金储氢性能的影响,并展望了TiFe基合金今后的研究方向和重点,旨在为实际应用提供理论指导。

Ti-V系储氢合金因具有高储氢容量和良好的动力学性能,在氢能储存、运输、发电等领域展现出重要应用潜力。首先,阐述了Ti-V系固溶体合金的储氢机制,H原子在储氢合金中所占据的位置,以及吸放氢过程中固溶体储氢合金晶体结构的改变。其次,系统总结了不同制备方法(电弧熔炼法、真空感应熔炼、粉末冶金和球磨法)对Ti-V系固溶体储氢合金的微观结构和储氢性能的影响。然后,探讨了不同元素对Ti-V系储氢合金的改性研究,分析了不同元素在合金中对Ti、V原子取代后的作用以及特性。最后,对Ti-V系储氢合金的应用前景进行了展望。

氢气的储存与运输难题是制约氢能规模化应用的关键瓶颈,开发安全、高效的新型储运技术已成为当前领域的迫切需求。在各类储氢方案中,轻金属氢化物凭借较好的安全性备受关注,然而该类材料通常难以在动力学性能、热力学性能、储氢容量及循环稳定性之间实现良好平衡,这严重限制了其商业化应用。现有研究多通过纳米化、合金化及添加催化剂等手段优化储氢材料的热力学和动力学性能,但依旧难以实现其实际应用。近年来,引入外场为优化金属氢化物的储氢性能提供了新途径,并展现出显著的应用潜力。本文系统综述了轻金属氢化物储氢材料的传统改性与外场对其储氢性能的影响,尤其是光对金属氢化物的作用,旨在为金属氢化物材料储氢性能的进一步优化提供理论参考与实践方向。

氢能是实现从化石能源向可再生能源转型的理想能源载体。然而,由于氢气具有易燃易爆特性,开发安全高效的储氢技术仍是氢能应用中的关键挑战。钒基体心立方(BCC)储氢合金在常温下理论储氢容量可达3.8%,显著高于传统AB₅型和AB₂型储氢合金,因而展现出巨大的应用潜力。但在实际应用中,该类合金仍面临可逆储氢量偏低、循环稳定性较差以及原材料成本高昂等问题。本文系统综述了钒基BCC型储氢合金的研究进展,重点针对成本过高的问题,详细分析了3种降低合金成本的策略,并分别探讨了各类策略所面临的关键挑战。在此基础上,对未来研究方向提出了展望,为高性能低成本储氢合金的设计与开发提供参考。

细化晶粒可以有效提升块状烧结钕铁硼永磁体性能矫顽力,且磁体性能均匀一致性高。介绍了烧结钕铁硼磁体细化晶粒的关键步骤及工业化的装备现状。速凝过程中大的冷却速度可以抑制α-Fe相的生成、降低破碎的难度,针对于高丰度铈磁体,添加微量La和Y等共伴生稀土元素,降低速凝片的生长宽度,速凝生产过程中单位时间内液体体积等量化是速凝结构一致性的关键。在制粉环节,氢破工艺调控及自适应控制,实现粉末的初步细化,不同结构的气流磨设备具有不同的特点,流化床气流磨是磨粉工序最常用的设备,研磨室内喷管交点的气流速度是研磨粉末的关键。在烧结过程中,除了传统的烧结工艺,快速放电等离子体烧结是实现磁体致密、控制晶粒异常长大的有效路径。针对于粒度小于2 μm的粉末,无压成型技术解决了超细粉末难成型的问题。

随着半导体制造向原子尺度推进,纳米器件对材料种类和沉积精度的要求不断提升。原子层沉积与原子层刻蚀作为实现原子尺度精确控制的核心技术,正面临工艺参数高维度化和反应机制复杂化的挑战。传统的实验和模拟手段难以满足高通量筛选和高精度优化需求,而机器学习技术的迅速发展为解决这一问题提供了全新的范式。本文系统综述了机器学习方法在前驱体设计、反应路径预测、薄膜沉积参数优化及过程控制等方面的最新研究成果,阐述了机器学习与计算材料科学相结合在提高建模效率、提升预测精度和实现智能化工艺控制方面的显著优势。同时,分析了现阶段机器学习应用中面临的泛化性不足、数据稀疏、跨尺度融合难题等主要挑战,展望了未来融合物理信息、多尺度模型和语义数据平台等前沿技术的应用前景,以期实现原子制造领域从离线预测到在线智能控制的转型。

随着中国电力电子及新能源行业快速进步,对于高效、多用途以及环境友好型的软磁合金的需求也在逐步增强。就硅钢性能调控的现有研究情况进行讨论。首先从软磁材料的特性出发,针对铁损这一核心性能指标,指出通过成分调控等手段提升材料电阻率的必要性,以实现能源效率的最大化。其次探讨了合金成分、夹杂物、缺陷、晶粒尺寸、残余应力及晶体结构等因素对硅钢性能的影响。此外,指出随着材料科学和纳米技术的进步,对硅钢微观结构与性能关系的研究将更加深入,能够更精确地对硅钢进行调控,以实现更优的磁性能。

研究了压力限制下热变形磁体的晶界扩散过程,分析了扩散后磁体的性能与微观结构。在未施加压力扩散时,磁体的矫顽力由14.19提升到24.36 kOe,但是扩散后磁体c轴方向上的高度明显增加,大量的非磁性相进入磁体内部,取向度明显降低,导致剩磁剧烈恶化,从14.71下降到10.00 kGs;在晶界扩散过程中施加压力后,磁体c轴方向的体积膨胀得到控制,富稀土相的面积分数减小,取向度提高,抑制了剩磁的剧烈恶化。晶界扩散后磁体的矫顽力机制发生变化,扩散磁体的钉扎作用显著增强,这可能是矫顽力提高的主要原因。最终压力限制下晶界扩散得到的磁体性能为:B_r=13.71 kGs,Hcj=18.63 kOe,(BH)_max=46.44 MGOe。

基于金属氢化物的固态储氢是一种具有广阔前景的储氢方法。然而,金属氢化物粉末本身固有的低导热性,极大限制了金属氢化物床在充氢和放氢反应过程中的效率,这已经成为制约固态储氢技术实现规模化应用的关键瓶颈。对金属氢化物床的有效热导率进行精确测量,并有针对性地提出改进策略,对于固态储氢装置的优化设计、性能提升以及成本控制都具有及其重要的意义。系统梳理了金属氢化物床有效导热系数的主流测量方法,对比分析了各类测试方法的适用场景与优缺点;总结了以结构优化、材料复合为核心的床体热导率改进技术路径,综述了一维、二维及三维金属氢化物床传热传质数值模拟的相关研究进展,剖析了不同模型的适用范围和精度差异。这些研究结果可为固态储氢装置传热传质结构的优化设计提供有力的理论支撑和技术参考。

氢能作为21世纪最具发展潜力的清洁能源之一,其储存和运输技术是制约其广泛应用的关键瓶颈。固态储氢技术因其高安全性和潜在的高能量密度受到广泛关注,其中储氢合金材料是主要研究方向之一。本文综述了低压固态储氢合金材料的研究现状及其典型应用,重点介绍了A_nB_m型金属间化合物(如AB型、AB₂型、AB₅型等)、BCC固溶体合金(钒基和钛基合金)以及镁基合金的储氢性能、改性方法和应用进展;同时,进一步聚焦技术经济性与安全性矛盾。结合当前实际应用情况,储氢合金按工作特性可划分为低温型与高温型。低温型合金(A_nB_m型合金和BCC固溶体合金)面临成本挑战,如AB₅型材料价格高,等效单位氢气存储的金属原材料成本高于5 000 元/kg;钒基BCC固溶体合金虽尝试钒铁替代,成本仍达约4 000 元/kg,但其安全性优势显著,得益于低压工作区间(0.1～5.0 MPa)和良好的空气稳定性,被归类为低风险体系,已在船舶、叉车等领域中应用。高温型镁基合金虽然展现出原料成本潜力(镁原材料价格低于4万元/t),然而纳米化、合金化工艺显著推升了综合成本;其安全性也存在明显隐患,源于材料本征易燃性(燃点473 ℃)及较高的脱氢温度需求(200～300 ℃),被评估为高风险体系。随着技术瓶颈的克服和产业链的完善,低压固态储氢合金有望在交通、工业、能源等领域发挥更大作用。

深远海风电制氢是开发海洋可再生能源的重要途径,而储氢技术是实现能量转移的关键。针对深远海场景,研究了固态储氢技术的应用可行性。通过构建“海上风电-电解制氢-固态储氢-海运到岸”系统模型,以MgH₂为储氢介质,分析了电解槽配置比例、储氢容量等参数对系统性能的影响。研究表明:电解槽槽风比直接影响系统能效,需在电耗与设备利用率间进行权衡;储氢容量增加可降低弃氢率,但边际效益递减;系统经济性受多因素制约,需综合考虑能效与成本。本研究为深远海风电制氢系统中的储氢技术选型提供了理论依据。