The Effect of TiH2 Particle Size on its Properties

Editorial Board PCSS Journal; В.В. Мокляк; Х.Ю. Михайлова; М.М. Гуменяк; В.А. Дехтяренко; О.О. Стасюк

doi:10.15330/pcss.27.1.95-100

Автор(и)

В.В. Мокляк Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова, НАН України, Київ, Україна; Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Івано-Франківськ, Україна
Х.Ю. Михайлова Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова, НАН України, Київ, Україна
М.М. Гуменяк Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова, НАН України, Київ, Україна
В.А. Дехтяренко Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова, НАН України, Київ, Україна
О.О. Стасюк Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова, НАН України, Київ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.27.1.95-100

Ключові слова:

TiH, порошок, електрична провідність, композит

Анотація

Композити на основі титану мають потенціал замінити традиційні матеріали в автомобільній, аерокосмічній та інших галузях промисловості. Цьому сприяють їхні чудові механічні, фізичні, теплові властивості, а також співвідношення міцності до ваги.

У представленій роботі досліджувався вплив розміру частинок гідрогенізованого титану на його провідні властивості. Насичення воднем проводилося за допомогою апарату Стівенсона, вміст водню становив 3,8%. Після цього вихідний зразок піддавався високоенергетичному подрібненню. Для подальших досліджень було визначено 3 основні розміри частинок: 100 мкм, 100-200 мкм, більше 200 мкм.

Резистометричні дослідження показали, що частинки розміром 100-200 мкм характеризуються на порядок вищою електропровідністю, ніж інші розміри частинок (8 (Oм·cм)^-1), що зумовлено максимальним контактом між сусідніми частинками та їх оптимальною геометрією при упаковці порошкового зразка. На основі цього розміру порошку методом механосинтезу було синтезовано нанокомпозит з вуглецевими наноструктурами, який характеризується на порядок вищою електропровідністю порівняно з вихідними компонентами, що вказує на можливість використання таких матеріалів в електротехнічній промисловості.

Посилання

Bartłomiej Igliński, Urszula Kiełkowska, Krzysztof Mazurek, Sebastian Drużyński, Michał B. Pietrzak, Gopalakrishnan Kumar, Ashokkumar Veeramuthu, Mateusz Skrzatek, Marek Zinecker, Grzegorz Piechota, Renewable energy transition in Europe in the context of renewable energy transition processes in the world: A review, Heliyon, 10(24), e40997 (2024); https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e40997.

A. Neacsa, S.A. Rehman Khan, M. Panait, S.A. Apostu, The Transition to Renewable Energy—A Sustainability Issue?, In: Khan, S.A.R., Panait, M., Puime Guillen, F., Raimi, L. (eds) Energy Transition. Industrial Ecology, Springer, Singapore, (2022); https://doi.org/10.1007/978-981-19-3540-4_2.

Fred Huffman, Thermionic Energy Conversion, In: Meyers, R.A. (Ed.), Encyclopedia of Physical Science and Technology (3rd Edition), Academic Press, 627 (2003); https://doi.org/10.1016/B0-12-227410-5/00772-9.

D. Zabek, F. Morini, Solid state generators and energy harvesters for waste heat recovery and thermal energy harvesting, Thermal Science and Engineering Progress, 9, 235(2019); https://doi.org/10.1016/j.tsep.2018.11.011.

Ali Keçebaş, Muhammet Kayfeci, Hydrogen properties, In: Calise, F., Dentice D’Accadia, M., Santarelli, M., Lanzini, A., Ferrero, D. (eds) Solar Hydrogen Production, Academic Press, 3 (2019); https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814853-2.00001-1.

Bellosta von Colbe J. J-R. Ares, J. Barale, M. Baricco, C. Buckley, G. Capurso, et al Application of hydrides in hydrogen storage and compression: Achievements, outlook and perspectives, Int J Hydrogen Energy, 44, 7780 (2019); https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.01.104.

J.G. Park, H.Y. Jang, S.C. Han, P.S. Lee, J.Y. Lee, Hydrogen storage properties of TiMn₂-based alloys for metal hydride heat pump, Mater. Sci. Eng. A-Struct., 329–331, 351– (2002); https://doi.org/10.1016/S0921-5093(01)01598-2.

M. Lototskyy, I. Tolj, Y. Klochko, M.W. Davids, D. Swanepoel, V. Linkov, Metal hydride hydrogen storage tank for fuel cell utility vehicles, Int. J. Hydrogen Energy, 45, 7958 (2020); https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.04.124.

V. A. Dekhtyarenko, D. G. Savvakin, V. I. Bondarchuk, V. M. Shyvaniuk, T. V. Pryadko, and O. O. Stasiuk, TiMn2-Based Intermetallic Alloys for Hydrogen Accumulation: Problems and Prospects, Progress in Physics of Metals, 22(3), 307 (2021): https://doi.org/10.15407/ufm.22.03.307.

A. Magliano, C. Perez Carrera, C.M. Pappalardo, D. Guida, V.P. Berardi, A Comprehensive Literature Review on Hydrogen Tanks: Storage, Safety, and Structural Integrity, Appl. Sci., 14, 9348 (2024); https://doi.org/10.3390/app14209348.

Q. Cheng, R. Zhang, Z. Shi, J. Lin, Review of common hydrogen storage tanks and current manufacturing methods for aluminium alloy tank liners, Int. J. Lightweight Mater. Manuf., 7(2), 269 (2024); https://doi.org/10.1016/j.ijlmm.2023.08.002.

О.М. Ivasishin, V.А. Dekhtyarenko, D.H. Savvakin, D.V. Oryshych, and V.I. Bondarchuk, Recent Trends in the Development of Ti–Zr-Based Alloys for Biomedical Applications and Hydrogenated Powder Technologies for Their Manufacturing, Progress in Physics of Metals, 26(3), 567 (2025); https://doi.org/10.15407/ufm.26.03.567.

H. Yu, A. Díaz, X. Lu, B. Sun, Y. Ding, M. Koyama, J. He, X. Zhou, A. Oudriss, X. Feaugas, Z. Zhang, Hydrogen Embrittlement as a Conspicuous Material Challenge─Comprehensive Review and Future Directions, Chem. Rev., 124(10), 6271 (2024);. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00624.

X. Liu, H. Li, Y. Ma, X. Zhang, J. Hu, Y. Xu, G. Lei, S. Liu, Z. Cui, Y. Zhu, X. Li, H. Zheng, S. Geng, X. Chen, H. Liu, X. Wang, H. Liu, J. Cheng, C. Tang, Effect of hydrogen atoms adsorption on the work function of LaB6, Nucl. Mater. Energy, 44, 101959 (2025);. https://doi.org/10.1016/j.nme.2025.101959.

A. Rehman, R.W.E. van de Kruijs, W.T.E. van den Beld, J.M. Sturm, M. Ackermann, Work-Function-Dependent Reduction of Transition Metal Nitrides in Hydrogen Environments, J. Phys. Chem. Lett., 15(46), 11462 (2024); https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.4c02259.

T. V. Pryadko, Features of Hydrogenation of the Ti—V System Alloys, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 37(2), 243 (2015); https://doi.org/10.15407/mfint.37.02.0243.

O.M. Ivasyshyn, D.H. Savvakin, Synthesis of Zirconium- and Titanium-Based Alloys with the Use of Their Hydrides. Mater Sci, 51, 465 (2016); https://doi.org/10.1007/s11003-016-9863-y.

Y.F. Zheng, X. Yao, Y.J. Su, D.L. Zhang, Fabrication of in situ TiC reinforced Ti matrix composites by thermomechanical consolidation of TiH₂/CNTs powder mixtures, Key Eng. Mater., 704, 55 (2016); https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.704.55.

H.Yu. Mykhailova, E.G. Len, I.Ye. Galstyan, E.A. Tsapko, O.Yu. Gerasymov, V.I. Patoka, I.M. Sidorchenko, M.M. Yakymchuk, Electrical and Mechanical Properties of Composites Ti–Carbon Nanotubes, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 42(4), 575 (2020); https://doi.org/10.15407/mfint.42.04.0575.

X. Zhao, X. Ren, Z. Chen, C. Ge, Enhancement of mechanical and electrical properties of copper matrix composites by different types of carbon nanotubes, Mater. Charact., 218(2), 114575 (2024); https://doi.org/10.1016/j.matchar.2024.114575.

H.Y. Mykhailova, V.A. Dekhtyarenko, Y.V. Vasylyk, Hydrogen sorption properties of Ti15.4Zr30.2Mn(54.4−x−y)VxCryNiy alloy able of being activated at room temperature and pressure of 0.23 MPa, MRS Commun., 13, 1288 (2023); https://doi.org/10.1557/s43579-023-00451-1.

V.A. Dekhtyarenko, Composite material based on Laves phase with magnesium for hydrogen storage, MRS Commun., 14, 337 (2024); https://doi.org/10.1557/s43579-024-00534-7.

M. M. Nishchenko, G.Yu. Mikhaylova, E.I. Arkhipov, V.Yu. Koda, G.P. Prikhod'ko, Conductivity of multiwall carbon nanotubes array in process of compression strain. Metallofizika i Noveishie Tekhnologii, 31(4), 437 (2009).

M.M. Nyshchenko, H.Yu. Mykhailova, B.V. Kovalchuk, I.M. Sydorchenko, V.V. Anikeev, M.Ya. Shevchenko, V.M. Poroshyn, G.P. Prykhodko, Thermoelectric Properties of an Array of Carbon Nanotubes under Uniaxial Compression after Annealing, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 40(2), 169 (2018); https://doi.org/10.15407/mfint.40.02.0169.

A. Cooper, W.W. Erikson, M.S. Oliver, Electrical conductivity of porous binary powder mixtures, Mech. Mater., 162, 104026 (2021); https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2021.104026.

H.Y. Mykhailova, M.Y. Shevchenko, Optimization of electronic properties of carbon nanostructures, Appl. Nanosci., 13, 7001 (2023); https://doi.org/10.1007/s13204-023-02842-1.

J.M. Montes, F. Gómez Cuevas, J. Cintas, F. Ternero, E. Sánchez Caballero, Electrical Resistivity of Powdered Porous Compacts, In: Electrical and Electronic Properties of Materials, IntechOpen, (2019); https://doi.org/10.5772/intechopen.76159.

A. Yildiz, S.B. Lisesivdin, M. Kasap, D. Mardare, Electrical properties of TiO₂ thin films, J. Non-Cryst. Solids, 354(45–46), 4944 (2008); https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2008.07.009.

I. Paulin, Č. Donik, D. Mandrino, M. Vončina, M. Jenko, Surface characterization of titanium hydride powder, Vacuum, 86(6), 608 (2012); https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2011.07.054.

M.D. Hayat, H. Singh, Z. He, P. Cao, Titanium metal matrix composites: An overview, Compos. Part A: Appl. Sci. Manuf., (2019); https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2019.04.005.

H.Yu. Mykhailova, E.G. Len, M.M. Yakymchuk, V.A. Dekhtyarenko, I.Ye. Galstian, M.Ya. Shevchenko, O.Yu. Gerasymov, E.A. Tsapko, V.I. Patoka, M.O. Rud, Electrophysical Properties of Composites Based on Hydrogenated Titanium with Different Contents of Thermally Expanded Graphite, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 44(11), 1523 (2022); https://doi.org/10.15407/mfint.44.11.1523.

I.Ye. Galstian, E.G. Len, E.A. Tsapko, H.Yu. Mykhailova, V.Yu. Koda, M.O. Rud, M.Ya. Shevchenko, V.I. Patoka, M.M. Yakymchuk, G.O. Frolov, Low-Temperature Thermionic Converters Based on Metal–Nanostructured Carbon Composites, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 42(4), 451 (2020); https://doi.org/10.15407/mfint.42.04.0451.

I. Galstian, H.Yu. Mykhailova, E.G. Len, et al., The Effect of Hydrogen Content on Electrophysical Properties of Hydrogenated Titanium–Thermally Expanded Graphite Composites, Preprint, Research Square, (2023); https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-3138375/v1.