La-Mg-Ni系储氢合金薄膜的光电性能

现有的四种储氢合金薄膜材料（稀土、稀土-镁合金、镁-过渡族金属合金和AB2型合金）能在不透明态和透明态间可逆转变，但分别存在透射率低、易氧化、响应时间长和循环稳定性差等问题。本项目在前期工作的基础上，拟采用溅射法制备La-Mg-Ni系三元储氢合金薄膜，通过发挥各组元的协同作用，获得优异的综合性能。系统地研究该体系薄膜的氢致光电性能变化特性：分析组分对薄膜的透射率、反射率、电阻率、响应时间和循环寿命等性能的影响；评价Ni、Ti或Ni-Ti合金催化保护层的催化性能和防氧化性；采用WO3Hx /固态电解质/缓冲层/储氢合金薄膜/Pd多层膜结构实现La-Mg-Ni系储氢合金薄膜的全固态加氢反应，研究缓冲层对多层膜透射率和循环寿命的影响，阐明质子在缓冲层和合金薄膜交界面的传导和扩散机制。本项目获得的结果将为氢致材料光电性能变化的研究提供理论和实验基础。

本项目着重研究了La-Mg-Ni系储氢合金薄膜的氢致光电性能变化特性。采用了多靶共溅的方法制备了La-Mg-Ni系多种合金薄膜，表征了薄膜的氢致光电性能变化特性，研究了组分对薄膜透射率、电阻率、响应时间和循环寿命等性能的影响。在薄膜脱加氢过程中，利用石英晶振微天平法和透射光谱原位地监测了薄膜含氢量和透射率随脱加氢时间的变化关系，揭示了薄膜性能转变的控速步骤，阐明了性能改善的作用机制。通过非晶化的方法改善了薄膜的脱/加氢动力学性能，使得薄膜的光电响应时间相比于相同成分的晶态薄膜有了显著地降低。其中，非晶MgTi0.29薄膜的响应时间最短。在室温下，非晶MgTi0.29薄膜能够快速地在不透明金属态和透明半导体态间可逆转变，其加氢和脱氢响应时间分别为11 s和12 min。在此基础上，制备了结构为ITO/WO3Hx/Ta2O5/Pd/非晶MgNi0.09薄膜/Pd的多层膜固态器件，实现了薄膜的全固态加氢反应。上述成果对于进一步改善其他薄膜的氢致光电性能转变特性具有重要的理论和实际意义。