间隙氢在α-Mg中扩散的分子动力学研究

来源：计算力学学报杂志2025年第3期北京时间：

作者：于浩伟,张兴丽,王祥金,崔翰文,赵红华,赵红霞

单位：大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024,大连理工大学 工程力学系, 大连 116024,大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024,大连理工大学 工程力学系, 大连 116024,大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024,大连理工大学白俄罗斯国立大学联合学院, 大连 116024,大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024,大连理工大学 工程力学系, 大连 116024,大连理工大学 工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室, 大连 116024,大连理工大学 工程力学系, 大连 116024,山东大学 能源与动力工程学院, 济南 250061

摘要：镁基储氢材料具有自然含量丰富、储氢容量高、成本低等优点,是目前综合性能最好的固态储氢材料之一,备受广泛的关注。然而,在实际应用过程中存在一个主要的瓶颈问题,即吸放氢速率慢。氢扩散作为吸放氢动力学的速率控制步骤在研究和解决这一问题上至关重要。本文基于经典分子动力学的方法,以α-Mg为宿主材料研究了氢在其晶格间隙中的动态扩散行为。研究发现,氢的扩散不仅具有温度依赖性还具有浓度依赖性,氢原子的自扩散系数随温度的升高和浓度的降低而增大,计算结果与其他研究结果符合得较好。本文通过能量和原子扩散过程等分析发现,浓度导致的扩散系数减小是由于富氢团簇增加了扩散能垒,引起氢的跃迁率下降。团簇的形成与分解遵循一定的内在规律,与温度和浓度有一定的关系。这项研究加深了对氢扩散内在机制的理解,对吸放氢速率的提高具有指导意义,有助于储氢应用的有效设计。

关键词：α-Mg,分子动力学,氢扩散,团簇,浓度依赖性,

基金资助：国家自然科学基金(11672066)资助项目.