在掺钕（Nd3+）的BNT基陶瓷中，实现了从40℃到120℃范围内电应变和热稳定性的同时提升

《Journal of Alloys and Compounds》：Simultaneous enhancement of electro-strain and thermal stability from 40 ℃ to 120 °C in Nd3+-doped BNT-based ceramics

镁合金储氢动力学性能与机械特性及加工表面形貌的关联性研究。通过对比不同Mg合金的力学性能、车削表面形貌与氢吸附/脱附动力学特性，揭示了高强度、高硬度及低延展性促进车削刻痕结构形成，进而提升储氢动力学性能的机制。研究证实车削加工诱导的纳米级晶粒细化与连续动态再结晶行为是刻痕结构形成的主因，其产生的微裂纹和增大比表面积显著改善氢扩散动力学。实验表明，控制合金力学性能以获得致密刻痕结构和薄层厚度可有效提升储氢活性。

　　镁基储氢合金因其具有高储氢容量（约7.6%）、低成本和轻量化等优点，近年来受到了广泛的关注和研究。为了实现更快的反应动力学，通常需要将这些合金制成粉末，以增加其比表面积。目前，常用的粉末制备方法包括球磨、氢化燃烧、气体雾化和锉削等。其中，球磨作为一种常见的制备方法，已被广泛应用于镁基储氢材料的研究中。然而，从工业生产的角度来看，球磨仍然存在诸多局限性，如耗时长、效率低、能耗高，且在操作过程中需要使用惰性气体作为保护气氛，以防止镁的可燃性带来的安全隐患。这些固有的缺陷使得球磨方法在大规模应用方面面临挑战。

相比之下，锉削作为一种切削加工方法，具有设备简单、操作方便等优势，长期以来在机械加工领域实现了工业化应用。近年来，研究者开始探索将严重塑性变形（SPD）与锉削结合，以制备镁基储氢材料粉末。Skripnyuk等人首次尝试使用SPD+锉削方法制备ZK60合金粉末，并发现其脱氢速率甚至略高于经过15小时球磨处理的粉末。此后，SPD+锉削方法因其在提升储氢材料反应动力学方面的显著效果，成为了一个备受关注的研究方向。然而，大多数研究仍集中于解释SPD的作用，而忽视了锉削本身的贡献。实际上，根据Asselli等人的研究，锉削可能对改善反应动力学具有更为重要的作用，因为氢化过程在很大程度上依赖于界面现象。此外，锉削所获得的芯片尺寸（通常为几十到几百微米）远大于球磨所得粉末，因此在空气中进行锉削处理无需保护气体，这进一步降低了工艺的复杂性和成本。

一些研究表明，即使在空气中锉削，芯片的氧化程度也相对较低。例如，Asselli等人发现，手动锉削的芯片在空气中暴露30天后，其氧含量仅为2.8%左右，且仍能保持良好的吸氢和放氢性能。这表明，尽管氧化可能会对反应动力学产生一定影响，但其影响程度远小于球磨过程中可能发生的氧化或污染。此外，Maciel等人指出，锉削可以显著细化镁合金的晶粒，将其从原始的1.7毫米减少到约112纳米。这种晶粒细化不仅有助于提高反应速率，还可能增强材料的机械性能。

然而，目前关于锉削过程中镁合金微结构演变的研究仍较为有限。已有的文献多关注于锉削对储氢性能的影响，而较少深入探讨锉削过程中材料微结构的变化及其背后的机制。这使得我们对锉削如何影响材料的反应动力学缺乏系统的理解。因此，有必要对锉削过程中镁合金的微结构演变进行更全面的研究，以揭示其与机械性能及储氢性能之间的内在联系。

在本研究中，我们选取了不同冷却条件下的纯镁（包括水冷、空冷和炉冷，分别标记为Mg-Water、Mg-Air和Mg-Furnace）以及不同锂含量的镁锂合金（3%、8%和13% Li），以探讨其机械性能、芯片形态及储氢性能之间的关系。此外，为了研究第二相和塑性变形对芯片形态的影响，我们还选择了富含第二相的Mg-1Li-0.5Si-0.5Mn合金，并通过摩擦搅拌加工（FSP）处理，分别采集了铸造区、加工区表面和搅拌区的样品（标记为LSM100-AC、LSM100-FSP-Sur和LSM100-FSP-SZ），进行系统的对比分析。

通过实验，我们发现机械性能对芯片形态的形成具有重要影响。材料的高强度和硬度有利于形成更密集的锯齿状结构，而较差的延展性则可能促进这种结构的生成。锯齿状结构的增加会显著提高芯片的比表面积，从而有利于氢的吸附和脱附过程。此外，密集的锯齿状结构还可能引发微裂纹的形成，这些微裂纹在一定程度上可以增强材料的反应活性。另一方面，严重的塑性变形会引发高密度的位错，这些位错在锉削过程中可能促进动态再结晶行为，从而形成大量纳米晶粒。

值得注意的是，虽然一些研究指出晶粒细化可以提升储氢性能，但本研究的结果表明，锯齿状结构的密度和芯片厚度对反应动力学的影响更为显著。例如，Mg-Air样品的晶粒较大，理论上应具有较低的反应速率，但实验结果显示其储氢性能并未明显低于其他样品。这表明，除了晶粒大小外，芯片形态和结构同样在反应动力学中扮演着关键角色。因此，通过调控芯片的锯齿状结构和厚度，可以有效提升镁基储氢材料的反应速率。

此外，本研究还发现，不同冷却条件下的纯镁样品在机械性能和芯片形态上表现出显著差异。水冷处理的纯镁样品具有较小的晶粒尺寸，但其延展性相对较差，这可能影响其在锉削过程中的表现。相比之下，炉冷处理的纯镁样品晶粒较大，延展性较好，但其储氢性能可能受到一定限制。这些结果进一步支持了锯齿状结构和机械性能之间存在紧密联系的观点。

在探讨Mg-Li合金的储氢性能时，我们发现锂含量对材料的机械性能和芯片形态具有显著影响。随着锂含量的增加，合金的强度和硬度有所提高，而延展性则相应降低。这种变化趋势使得高锂含量的合金在锉削过程中更容易形成密集的锯齿状结构，从而提升其储氢性能。然而，锂含量的增加也可能导致材料的微结构发生变化，如晶粒细化和第二相的形成，这些因素同样可能影响储氢性能。

综上所述，本研究通过系统的实验分析，揭示了镁基储氢材料的机械性能、芯片形态和储氢性能之间的复杂关系。我们发现，锯齿状结构的密度和芯片厚度是影响储氢动力学的关键因素，而机械性能的变化则可能通过影响这些结构特征，进而影响材料的储氢性能。因此，通过优化材料的机械性能，调控芯片形态，有望进一步提升镁基储氢材料的反应速率和应用性能。这些发现不仅为镁基储氢材料的制备提供了新的思路，也为相关领域的研究奠定了理论基础。