1
第九章 储氢材料和磁性材料
第一节 储氢材料
第二节 磁性材料
2
第一节 储氢材料
氢能源 系统是作为一种 储量丰富、无
公害的能源替代品 而倍受重视。
如果 以海水制氢 作为燃料，从原理上
讲，燃烧后只能生成水，这对环境保护极
为有利；
3
如果进一步 用太阳能以海水制氢,则
可实现 无公害能源系统 。
此外，氢还可以作为 贮存其他能源的
媒体,通过 利用过剩电力 进行 电解制氢,
实现能源贮存。
4
在以氢作为 能源媒体的 氢能体系中，
氢的贮存与运输 是实际应用中的关键。
贮氢材料就是作为 氢的贮存与运输媒
体 而成为当前材料研究的一个热点项目。
5
贮氢材料 (Hydrogen storage
materials)是 在通常条件下 能可逆地大量
吸收和放出氢气 的 特种金属材料 。
6
贮氢材料的作用 相当于 贮氢容器 。
贮氢材料 在室温和常压条件下 能迅速
吸氢 (H2)并反应生成 氢化物,使氢以 金属氢
化物的形式 贮存起来，在需要的时候，适
当 加温或减小压力 使这些贮存着的氢释放
出来以供使用。
7
贮氢材料中,氢密度 极高，下表
列出几种金属氢化物中 氢贮量 及其他
氢形态中 氢密度值 。
8
(1)相对氢气瓶重量
从表中可知，金属氢化物的 氢密度 与液态氢、
固态氢的相当，约是氢气的 1000倍。
9
另外，一般 贮氢材料 中,氢分解压
较低,所以 用金属氢化物贮氢时 并不必
用 101.3MPa(1000atm)的 耐压钢瓶 。
10
可见，利用 金属氢化物 贮存氢 从 容积
来看 是极为有利的。
但 从 氢所占的质量分数 来看,仍比液
态氢、固态氢低很多，尚需克服很大困难，
尤其体现在对汽车工业的应用上。
11
当今 汽车工业 给 环境 带来恶劣的影
响，因此汽车工业一直期望 用以氢为能
源 的 燃料电池驱动的 环境友好型汽车来
替代。
12
对于 以氢为能源 的 燃料电池驱动 汽车来
说，不仅要求 贮氢系统的 氢密度高,而且要
求 氢所占贮氢系统 的 质量分数要高 (估算须达
到 ?(H) =6.5％ ),当前的 金属氢化物 贮氢技术
还不能满足此要求。
因此,高容量贮氢系统 是 贮氢材料研究
中 长期探求的目标。
13
贮氢材料 的 发现和应用研究 始于 20世
纪 60年代,1960年发现镁 (Mg)能形成
MgH2,其 吸氢量 高达 ?(H)＝ 7.6％,但 反
应速度慢 。
14
1964年，研制出 Mg2Ni,其吸氢量为
?(H)=3.6％,能 在室温下 吸氢 和 放氢, 250
℃ 时放氢压力约 0.1MPa,成为最早 具有应
用价值 的贮氢材料。
15
同年在研究 稀土化合物 时发现了
LaNi5具有优异的吸氢特性 ;
1974年又发现了 TiFe贮氢材料。
LaNi5和 TiFe是目前 性能最好 的贮氢材料。
16
（一）贮 氢 原 理
1、金属与氢气生成 金属氢化物 的反应
2、金属氢化物的 能量贮存, 转换
3、金属氢化物的 相平衡 和 热力学
17
金属和氢的化合物统称为 金属氢化物 。元
素周期表中 所有金属元素的氢化物 在 20世纪 60
年代以前就已被探明，并被汇总于专著中。
1、金属与氢气生成金属氢化物的反应
18
元素周期表中 IA族元素 (碱金属 )
和 IIA族元素 (碱土金属 )分别与氢形
成 MH,MH2化学比例成分的 金属氢
化物 。
19
金属氢化物 是 白色或接近白色 的粉末，
是 稳定的化合物 。这些化合物称为 盐状氢化
物 或 离子键型氢化物,氢以 H-离子 状态存在。
20
从 IB族 到 IVB族 的 金属氢化物,因是 共
价键性很强 的化合物，称为 共价键型氢化
物,例如,SiH4,CuH,AsH3等。
这些化合物多数是 低沸点的挥发性化
合物,不能作贮氢材料用。
21
从 IIIA族到 VIII族 的 金属氢化物,称为
金属键型氢化物,它们是 黑色粉末 。
其中,IIIA族,IVA族 元素形成的氢化
物 比较稳定 (生成焓为负、数值大，平衡分
解氢压低 )，如 LaH3,TiH2氢化物。
22
VA族 元素 也和气体氢 直接发生反应，生
成 VH2,NbH2氢化物。
在 1atm下，这些氢化物的温度 在常温附
近,它们能够是 在常温下 贮藏释放氢的材料。
VIA族 到 VIII族 的金属中，除 Pd外,都
不形成稳定的氢化物,氢 以 H+形成固溶体。
23
各种 金属与氢反应 性质的不同 可以从 氢的
溶解热数据 中反映出来。
下表是氢 在各种金属中的 溶解热 ?H数据。
24
氢在各种金属中的溶解热 ?H(kcal/mol)
25
可见 IA-IVA族 金属的 氢的溶解热 是 负
(放热 )的很大的值,称为 吸收氢的元素 ；
VIA--VIII族 金属显示出 正 (吸热 )的值
或很小的负值,称为 非吸收氢的元素 ；
VA族 金属刚好显示出 两者中间的数值 。
26
2、金属氢化物的能量贮存、转换
金属氢化物 可以作为 能量贮存, 转换
材料,其 原理 是：
金属吸留氢形成金属氢化物, 然后对
该金属氢化物加热, 并把它放臵在比其平
衡压低的氢压力环境中使其放出吸留的氢,
其反应式如下：
27
式中,M---金属； MHn---金属氢化物
P---氢压力； ?H---反应的焓变化
),()(2 2 pHM
n
气固 ? 放氢,吸热
吸氢,放热
HMH
n n
??)(2 固
反应进行的方向 取决于 温度 和 氢压力 。
28
实际上，上式表示 反应过程 具有 化学能
(氢 ),热能 (反应热 ),机械能 (平衡氢气压力 )
的 贮存和相互转换功能 。
),()(2 2 pHM
n
气固 ? 放氢,吸热
吸氢,放热
HMH
n n
??)(2 固
29
这种能量的 贮存和相互转换功能 可用
于 氢或热的贮存或运输, 热泵, 冷气暖气
设备, 化学压缩机, 化学发动机, 氢的同
位素分离, 氢提纯 和 氢汽车 等。
30
),()(2 2 pHM
n
气固 ? 放氢,吸热
吸氢,放热
HMH
n n
??)(2 固
由上面的反应式可知，贮氢材料 最佳特性
是 在实际使用的温度, 压力范围内, 以实际使
用的速度, 可逆地完成氢的贮藏释放 。
31
实际使用的 温度、压力范围 是根据 具体
情况而确定 的。
一般是从 常温到 400℃,从 常压到 100atm
左右，特别是以具有 常温常压附近 的工作的
材料作为主要探讨的对象。
32
具有 常温常压附近 工作的 纯金属的氢
化物 里，显示出 贮氢材料性能 的有钒的氢
化物 (VH2)和 镁的氢化物 (MgH2)。
但是 MgH2在纯金属中反应速度很慢，
没有实用价值。
33
许多 金属合金与氢 形成 合金氢化物 的
反应具有下式所示的 可逆反应 。
),()(2 2 pHM
n
气固 ? 放氢,吸热
吸氢,放热
HMH
n n
??)(2 固
34
贮氢合金材料 都服从的 经验法则 是“贮
氢合金是 氢的吸收元素 (IA— IVA族金属 )和 氢
的非吸收元素 (VIA-VIII族金属 )所形成的合
金”。
如在 LaNi5里 La是前者,Ni是后者；在
FeTi里 Ti是前者,Fe是后者。即,合金氢化
物的性质 介于其 组元纯金属的氢化物的性质
之间 。
35
然而,氢吸收元素 和 氢非吸收元素 组成的
合金,不一定都具备 贮氢功能 。
例如 在 Mg和 Ni的金属间化合物中,有
Mg2Ni和 MgNi2。 Mg2Ni可以和氢发生反应生
成 Mg2NiH4氢化物，而 MgNi2在 100atm左右的
压力下也不和氢发生反应。
36
另外，作为 La和 Ni的金属间化合物，除
LaNi5外，还有 LaNi,LaNi2等。
LaNi,LaNi2也能和氢发生反应，但 生
成的 La的氢化物 非常稳定,不释放氢,反应
的可逆性消失了。
37
因此，作为 贮氢材料的另一个重要条
件 是要 存在与合金相的金属成分一样的氢
化物相 。
例如 LaNi5H6相对于 LaNi5,Mg2NiH4
相对于 Mg2Ni那样。
38
总之，金属 (合金 )氢化物能否作为能
量贮存、转换材料取决于 氢在金属 (合金 )
中吸收和释放的可逆反应是否可行 。
39
氢在金属合金中的 吸收和释放 又取决
于 金属合金和氢的 相平衡关系 。
影响相平衡的因素 为 温度, 压力 和 组
成成分,这些参数就可用于 控制氢的吸收
和释放过程 。
40
3、金属氢化物的相平衡和热力学
金属 -氢系的 相平衡 由 温度 T,压力 p和 组
成成分 c三个状态参数 控制。
用 温度、压力、成分组成 二元直角坐标可
以完整地表示出 金属 --氢系相图 。
41
在 T--c面上的投影为 温度 --成分图 (T-
-c图 )，在 p--c面上的投影为 压力 --成分图
(p--c图 )。
下图为 M--H2系的典型的 压力 --成分
等温曲线图 。
42
p1
p2
p3
p1
p2
p3
T1
T2
T3
T1T2T3 >>温度
n2n1
A
B C
D
pH
2
对应一个 M原子的氢原子数 /n
金属 --氢系理想的 p--c图
T1,T2,T3
表示三个不同温
度下的等温曲线。
横轴表示 固
相中的氢原子 H
和 金属原子 M的
比 (H/M),纵轴
是氢压。
43
温度 T1的等温曲
线中 p和 c的变化如下：
T1保持不动,pH2
缓慢升高时,氢溶解
到金属中, H/M应沿
曲线 AB增大。固溶了
氢的金属相叫做 ?相。
达到 B点时,?相
和氢气发生反应 生成
氢化物相，即 ?相。
p1
p2
p3
p1
p2
p3
T1
T2
T3
T1T2T3 >>温度
n2n1
A
B C
D
pH
2
对应一个 M原子的氢原子数 /n
44
当变到 C点 时，
所有的 ?相都变为 ?
相,此后当再次逐渐
升高压力时,?相的
成分就逐渐靠近化学
计量成分 。
BC之间的 等压
区域 (平台 )的存在 可
用 Gibbs相律解释。
p1
p2
p3
p1
p2
p3
T1
T2
T3
T1T2T3 >>温度
n2n1
A
B C
D
pH
2
对应一个 M原子的氢原子数 /n
45
设某体系的 自由度为 f,独立成分数为 k，
相数为 p,它们的关系可表示为：
f=k-p+2
该 体系中独立成分 是 M和 H,即 k=2,所
以 f＝ 4-p。
46
(1)A?B氢的固溶区域,
该区存在的相是 ?相和气
相, p＝ 2,所以 f＝ 2。
因而即使温度保持一
定，压力也可变化。
AB表示 在温度 T1时
氢的溶解度随压力变化 的
情况。
p1
p2
p3
p1
p2
p3
T1
T2
T3
T1T2T3 >>温度
n2n1
A
B C
D
pH
2
对应一个 M原子的氢原子数 /n
47
(2)B ? C平台的
区域,该区存在
的相是 ?相, ?相
和 气相, p=3,所
以 f＝ 1。
在下面的反应：
p1
p2
p3
p1
p2
p3
T1
T2
T3
T1T2T3 >>温度
n2n1
A
B C
D
pH
2
对应一个 M原子的氢原子数 /n
),()(2 2 pHM
n
气固 ? 放氢,吸热
吸氢,放热
HMH
n n
??)(2 固
完成之前，压力为一定值。
48
若 ?相成分为 n,?相成分为 m,则 在温
度 T1时 等压区域里的反应 为：
mn MHH
nmMH ????? ??
2)2(
此时的 平衡氢压,即为 金属氢化物的平
衡分解压 。
平衡分解压 随温度上升呈指数函数增大 。
达到临界温度以前,随温度上升平台的宽度
逐渐减小。
49
(3)C ? D
氢化物相的不定
比区域,该区存
在的相是 ?相 和
气相, p＝ 2,所
以 f＝ 2,压力可
再一次发生变化。
p1
p2
p3
p1
p2
p3
T1
T2
T3
T1T2T3 >>温度
n2n1
A
B C
D
pH
2
对应一个 M原子的氢原子数 /n
50
反应平衡氢压 p与 温度 之间,在一定的温度
范围内 近似地符合 Van't--Hoff关系式：
R
S
RT
HpH ????
2ln
mn MHH
nmMH ????? ??
2)2(
式中 ?H---金属氢化物的生成焓；
?S---熵变量； R---气体常数。
对于反应式,
51
若相对于 l/T绘制 lnp图，则应得到一
条直线。
对各种 金属氢化物的实验结果 进行作
图，一般可得到 良好的直线关系,如下图
所示。
R
S
RT
HpH ????
2ln
52
平
衡
氢
压
／M
pa
各种贮氢合金的平衡氢压与温度的关系 (Mm为混合稀土合金 )
由 直线
的斜率 可求
出 ?H,由 直
线在 lnp轴上
的截距 可求
出 ?S。
R
S
RT
HpH ????
2ln
53
300K时,氢气的熵值 为 31cal/K.mol.H2，
与之相比,金属氢化物中 氢的熵值较小,即
式：
mn MHH
nmMH ????? ??
2)2(
向右反应的熵减少。 所有的金属氢化物
一般都有可视为 ?S＝ 30cal/k.mol.H2。
54
设 常温下 金属氢化物的 氢分解压变
化范围 为 0.01~1MPa,从式：
可得出 ?H为 -7 ~ -11kcal/mol·H2。
R
S
RT
HpH ????
2ln
55
氢化物生成焓 ?H为 -7～ -11 kcal/mol·H2
的金属仅有 V族金属元素 中的 V,Nb,Ta等，
因其 氢化物在室温附近的氢分解压很低 而不
适于做贮氢材料。
56
图中所示的
氢合金,其 合金
组分在与氢气反
应时,有些是 放
热的 (多为 IA--
IVA族元素 )，有
些是 吸热的 (多为
VIA-VIII族元素 )。
平
衡
氢
压
／M
pa
各种贮氢合金的平衡氢压与温度的关系 (Mm为混合稀土合金 )
57
金属间化合物 中,放热型金属组分的作
用 是借助它 与氢牢固结合,将氢吸贮在金属
内部；
与氢无亲和力的 吸热型金属,使合金的
氢化物具有 适度的氢分解压 。
另外,金属间化合物 生成热的大小 对形
成氢化物时的 生成焓大小 有一定的影响。
58
设 ABn(n＞ 1)型金属间化合物中,A为 放
热型金属, B为 吸热型金属,伴随着氢化物
的生成，形成 A--H键与 B--H键，同时,A--B
键减少。
如应用 最近邻效应 (nearest neighbor
effect)近似法,则氢化物的生成热可用下式
表示：
? H(ABnH2m)＝ ?H(AHm)+ ? H(BnHm)- ? H(ABn)
59
式中,AHm的生成热为 很大的负值 ；
BnHm的生成热为 较小的正值 。
其中这两项与 金属元素种类的关系不大,
故 ABnH2m的生成热 实际上由 ABn的生成热
大小决定。
? H(ABnH2m)＝ ?H(AHm)+ ? H(BnHm)- ? H(ABn)
60
即 ABn越稳定,则 ABnH2m越不稳定,
氢化物的分解压越高,这种规律称为 逆稳定
规则 （ the rule of reversed stability)。
具有 最佳分解压 的二元素贮氢合金有
LaNi5,TiFe,TiMn1.5等。
? H(ABnH2m)＝ ?H(AHm)+ ? H(BnHm)- ? H(ABn)
61
(二 ) 储氢材料应具备的条件
① 易活化,氢的 吸储量大 ；
② 用于 储氢 时 生成热尽量小,而用于 蓄热
时 生成热尽量大 ；
③ 在一个 很宽的组成范围内,应具有 稳定
合适的平衡分解压 (室温分解压 2~3atm)；
62
④ 氢吸收和分解过程中的 平衡压差 (
滞后 )小；
⑤ 氢的 俘获和释放速度快 ；
⑥ 金属氢化物的 有效热导率大 ；
63
⑦ 在反复吸、放氢的循环过程中，
合金的粉化小, 性能稳定性好 ；
⑧ 对不纯物如氧、氮,CO,CO2、
水分等的 耐中毒能力强 ；
⑨ 储氢材料 价廉 。
64
(三 ) 影响储氢材料吸储能力的因素
① 活化处理
制造储氢材料时,表面被氧化物覆盖 及
吸附着水和气体 等会 影响氢化反应,采用 加
热减压脱气 或 高压加氢处理 。
65
② 耐久性和中毒 耐久性是指 储氢材料反
复吸储的性质 。向储氢材料供给新的氢气时带
入的 不纯物使吸储氢的能力下降 称为,中毒,
。
③ 粉末化 在吸储和释放氢的过程中，
储氢材料反复膨胀和收缩,从而导致 出现
粉末 现象。
66
④ 储氢材料的导热性 在反复吸储和释放
氢的过程中，形成 微粉层使导热性能很差,
氢的可逆反应的热效应 要求将其及时导出。
⑤ 滞后现象和坪域 用于 热泵系统 的储氢
材料,滞后现象应小, 坪域宜宽 。
⑥ 安全性
67
(四 ) 储氢材料的种类
① 镁系合金
② 稀土系合金
③ 钛系合金
④ 锆系合金
68
① 镁系合金
镁在地壳中藏量丰富。 MgH2是 唯一一
种 可供工业利用的 二元化合物, 价格便宜
，而且具有 最大的储氢量 。
MgH2缺点,释放温度高 且 速度慢, 抗
腐蚀能力差 。
69
新开发的 镁系吸氢合金 Mg2Ni1-xMx
(M = V,Cr,Mn,Fe,Co) 和 Mg2-
xMxNi (Al,Ca) 比 MgH2的性能好。
70
镁系吸氢合金 的 潜在应用 在于可 有效
利用 250～ 400℃ 的工业废热, 工业废热提
供氢化物分解所需的热量 。
目前,Mg2Ni 系合金在 二次电池负极
方面的应用已成为一个重要的研究方向。
71
② 稀土系合金
人们很早就发现,稀土金属 与 氢气 反应
生成 稀土氢化物 REH2,这种氢化物 加热到
1000℃ 以上 才会分解。
而在 稀土金属 中加入某些第二种金属形
成 合金 后,在较低温度下 也可 吸放氢气,通
常将这种合金称为 稀土贮氢合金 。
72
在已开发的一系列 贮氢材料 中,稀土
系贮氢材料 性能最佳, 应用也最为广泛 。
稀土系贮氢材料的 应用领域 已扩大到
能源, 化工, 电子, 宇航, 军事 及 民用 各
个方面。
73
例如，用于 化学蓄热 和 化学热泵 的 稀
土贮氢合金 可以将工厂的废热等 低质热能
回收, 升温,从而开辟出了人类 有效利用
各种能源的新途径。
74
利用 稀土贮氢材料 释放氢气时 产生的压
力,可以用作 热驱动的动力 ；
采用 稀土贮氢合金 可以实现 体积小, 重
量轻, 输出功率大,可用于 制动器升降装臵
和 温度传感器 。
75
典型的贮氢合金 LaNi5是 1969年荷兰
菲利浦公司发现的，从而引发了人们对
稀土系储氢材料 的研究。
76
以 LaNi5 为代表的 稀土储氢合金 被认为
是 所有储氢合金中应用性能最好的一类 。
优点,初期氢化容易，反应速度快，
吸 -放氢性能优良。 20℃ 时氢分解压仅几个
大气压。
缺点,镧价格高，循环退化严重，易
粉化。
77
采用 混合稀土 (La,Ce,Sm)Mm替代 La
可有效降低成本，但 氢分解压升高, 滞后压差
大,给使用带来困难。
采用 第三组分元素 M(Al,Cu,Fe,Mn,
Ga,In,Sn,B,Pt,Pd,Co,Cr,Ag,Ir)
替代部分 Ni是改善 LaNi5和 MmNi5储氢性能的
重要方法。
78
③ 钛系合金
Ti-Ni,TiNi,Ti2Ni,TiNi-Ti2Ni,Ti1-
yZryNix,TiNi-Zr7Ni10,TiNiMm
Ti-Fe,价廉, 储氢量大,室温氢分
解压只有几个大气压，很合乎使用要求。
但是 活化困难, 易中毒 。
79
Ti-Mn,粉化严重, 中毒再生性差 。添
加少量其它元素 (Zr,Co,Cr,V)可进一步改善
其性能。
其中,TiMn1.5Si0.1,Ti0.9Zr0.2Mn1.40Cr0.4
具有很好的储氢性能。
另外,四、五元合金 也是发展的方向。
80
④ 锆系合金
锆系合金 具有 吸氢量高, 反应速度快,
易活化, 无滞后效应 等优点。
但是,氢化物生成热大, 吸放氢平台压
力低, 价贵,限制了它的应用。
AB2→ZrV 2,ZrCr2,ZrMn2 储氢量比 AB5
型合金大，平衡分解压低。
81
Zr(Mn,Ti,Fe)2和 Zr (Mn,Co,Al)2合
金适合于作 热泵材料 。
Ti17Zr16Ni39V22Cr7 已成功用于 镍氢电池,
有 宽广的元素替代容限,设计不同的合金成分
用来满足 高容量, 高放电率, 长寿命, 低成本
不同的要求。
82
(五 ) 贮氢材料的应用
氢与金属间化合物 在生成 金属氢化物 和
释放氢 的过程中，可以产生以下功能：
(1)有热的吸收和释放现象，氢可作为一
种 化学能 加以利用；
(2)热的释放与吸收也可作为一种 热力功
能 加以利用；
83
(3)在一 密封容器中,金属氢化物所释
放出 氢的压力与温度 有一定关系，利用这
种压力可做 机械功 ；
(4)金属氢化物在吸收氢过程中还伴随
着 电化学性能的变化,可直接产生电能，
这就是 电化学功能 。
84
充分利用这 化学, 机械, 热, 电 四大功
能，可以 开发新产品 ；
同时，吸、放氢多次后,金属氢化物会
自粉碎成细粉, 表面性能 非常活泼，用作 催
化剂 很有潜力，这种表面效应功能也很有开
发前途。
85
金属氢化物贮氢材料的应用领域很
多，而且还在不断发展之中，下面介
绍 贮氢材料应用 的几个主要方面。
86
1、高容量贮氢器
用高贮氢量的贮氢材料以及高强铝合金贮
罐，从工艺上降低成本，减轻重量，这种高容
量贮氢器可在氢能汽车、氢电动车、氢回收、
氢净化、氢运输等领域得到广泛的应用。
87
利用贮氢材料吸收氢的特性，可从氯
碱、合成氨的工业废气中回收氢；可方便
而廉价地获取超高纯 H2(99.9999％ ),实现
氢的净化；还可将难与氢分离的气体，如
氦经济地分离出来，无须惯用的深冷方法
而实现氢的分离；
88
可用于吸收核反应堆的重水慢化器及冷
却器中产生的氢、氖、氚等氢同位素，以避
免核反应器材料的氢脆和防止环境污染，对
吸收的氢同位索还可以利用贮氢材料的氢化
物与氘化物平衡压力的差异、经济有效地实
现氢氘分离，即氢的同位素分离 。
89
2,静态压缩机
利用氢化物的平衡压力随温度指数变化的
规律，室温下吸氢，然后提高温度以使氢压大
幅度提高，同时使氢净化。这样不用机械压缩
即可制高压氢，所用设备简单，无运转部件，
无噪声，用于此目的贮氢合金称为静态压缩机。
90
3、热泵
利用贮氢材料的热效应和平台压力的温度
效应，只需用低品位热源如工业废热、太阳能
作能源，即可进行供热、发电、空调和制冷。
过去一股为 2段式热泵,1次升温，现发展成 3
段式热泵,2次升温，可使 65~90℃ 废热水升温
至 130 ℃ 或更高，可直接用于产生蒸气再发电，
并可充分利用环境热，制成新型空调器和冰箱，
可节能 80％。
91
金属氢化物热泵的推广与金属氢化物成
本和热交换器的结构密切相关。日本最近提
出的一种机械压缩机与金属氮化物联动式热
泵，它只用一种廉价的金属氢化物 (如 TiFe等 )
与一台无油压缩机驱动氢的吸入，从而简化
设计结构，降低成本。
92
4、用作催化剂
贮氢材料可用作加氢和脱氢反应的催
化剂，如 LaNi5,TiFe用作常温常压合成
氨催化剂、电解水或燃料电池上的催化剂。
它可降低电解水时的能耗，提高燃料电池
的效率。
93
22 )(2
1 OHNiHN i O H ??
放电
充电
5、发展镍氢电池
出于镉有毒，镍镉高容量可再充式电池因
废电池处理复杂已处于被淘汰的阶段。因此金
属氢化物镍氢电池发展迅速，基本化学过程是：
94
如以贮氢材料作电极材料，则放电时从
贮氢材科中放出氢，充电时则反之，对于
TiCrVNi,TiNi等最高贮氢量可达 260cm3/g
的材料、放电量可比镍镉电池高 1.8倍，可充
放电 1000次以上。这类电池在宇航、手提式
电子计算机、移动电话、电动汽车等行业中
已得到广泛应用。
95
燃料电池是一种使燃料氧化时释放出的
化学能直接转化为电能的电化学装臵。电极
由多扎材料和催化剂组成、常用的燃料有氢
气、甲醇等，氧化剂一般为氧气或空气，
96
常用的电解质有磷酸、氢氧化钾及离子
交换膜等 与一般化学电池不同，其反应物
质贮存于电池外部，只要不断地向电池供应
燃料和氧化剂，同时从电池中排出反应产物，
电池就可连续工作，因而容量不受电池质量
和体积的限制。
97
与其他发电装臵相比，燃料电池具有能
量转换效率高、无噪声、无环境污染等优点。
用金属氢化物作电极，结合固体聚合物电解
质 (solid Polymer electrolyte,SPE)可以发展
新型高效燃料电池，获效率可高达 60%以上。
燃料电池可作为大型电站和贮电站的建
设，即电网低峰时用余电电解水制氢，高峰
用电时则通过燃料电池产电。
98
6、温度传感器、控制器
贮氢材料的氢平衡压随温度升高而升高的
效应可以用作温度计。
从贮氢努材料的 p-T曲线找到 p与 T的对应
关系，将小型贮氢器上的压力表盘改为湿度指
示盘、经校正后即可制成温度指示器，这种温
度计体积小，不怕震动，而且还可以通过毛细
管在较远的距离上精确测定温度。这种温度计
已广泛用于各种飞机。
99
贮氢材料的温度压力效应还可以用作机
器人动力系统的激发器、控制格和动力源、
其特点是没有旋转式传动部件，因此反应灵
敏、便于护制、反弹和振动小，还可用于抑
制温度的各种开关装臵。
此外，金属氢化物贮氢材料还可以用作
吸气剂，绝热采油管，微型压缩致冷器等。
100
在贮氢材料的实际应用中尚存在以下问题：
(1)贮氢材料的粉化。
由于贮氢材料在吸氢时晶格膨胀，放氢时
晶格收缩、如反复吸收氢，则材料可因反复形
变而逐渐变成粉末。细粉末状态的贮氢材料在
放氢时，不仅将导致氢氢流劝受阻，而且还可
能随氢气流排到外部而引起公害。
101
(2)贮氢材料的传热问题。从贮氢材料中
放出氢或进行氢化，共速度比较快，温升较高
但由于贮氢材料的导热性很差 (一般只有 1w/m,
℃, 与玻璃接近 )，不容易使热效应有效地传
递出来，因此有必要从技术上给予解决。
(3)在氢吸留与放出时存在滞后作用，有
时 p-c曲线的水平段不平直，这些都是有效率
下降的原因。
102
(六 ) 贮氢材料应用的工程技术的新进展
在贮氢材料的实际应用中，有一系列工
程技术问题需要及时解决以推动工艺应用的
发展。
103
1、无电镀铜及成型新技术
针对贮氢材料导热性差，加入良导体
作骨架 (如铝纤维等 )可改善导热性 为了防
止贮氢材料的粉化，在贮氢材料表面镀铜
是有效方法之一，即首先将贮氢材料粉碎
至 5~10um。 再经无电镀铜技术，在颗粒表
面涂上一层金属铜，并在一定压力下加压
成型，这样就可制成导热性好、又能防止
不断粉化的块状复合体。此法的成本较高。
104
2、有机载体和贮氢材料的浆料技
将一种有机液体 (如四氢呋喃等 )与贮氢
材料混合成均匀浆料，用作热交换器工作介
质，可增加其导热性，实现流态化。
105
3、薄膜技术
为消除放氢时产生的内部应变，可将贮
氢材料制成薄膜。薄膜与氢反应的实际表面
积大为增加，反应速度也就大大加快，在充
电式电池或作为催化剂的应用中，以及内贮
氢材料组成的燃料电池中，均有重要作用。
106
4、平板式热交换器新技术
在研制由贮氢材料组成的热泵和压缩
机的过程中。可以制成平板式或其他更高
效的热交换器，使整个装臵更紧凑，效率
也可得到提高。
107
5、贮氢材料制备的发展
贮氢材料的性能成本直接影响到它的应用
和推广。从成本来看，应用 Fe-Ti系合金是很有
的途的，所以人们对改善这种合金性能进行了
大量研究，开发不需活化处理的 Fe-Ti系合金
108
例如日本研制出在 m(Ti/Fe)>1的合金
基体中加入少量 Nb或 O而制成的合金不需
活化处理，和 LaNi5一样使用十分方便。
采用铝热还原法直接从钛铁矿制取铁
钛系贮氢材料可使其成本进一步大幅度降
低，有利于推广。
高容量贮氢材料也是应用中渴求的，
日本发展出“熔融态贮氢材料”，在室温
条件下吸放量可能性达 ?(H)=6％,而且成
本较低。
109
除金属氢化物体系之外，其他具有高容
量贮氢能力的贮氢材料也在发展中。最新理
论与实验研究表明，单壁纳米碳管可贮氢
?(H)＝ 10％,而更令人吃惊的是具有某种特
殊结构的纳米纤维贮氢能力可高达 ?(H)=65
％,远超过其理论预测贮量；
110
具有超级贮氢能力材料的机理与科学基础
尚属未知，并且常规的表面相互作用理论完全
不能解释这种材科的超级贮氢能力。深入的研
究探索可能导致常规吸附理论的革命。
因此，这些具有超级贮氢能力的材料的突
破性发现不仅在应用方面非常重要，而且有着
重要的科学意义。
111
第二节 磁性材料
具有强磁性的材料称为磁性材料。
磁性材料具有能量转换，存储或改变能
量状态的功能，是重要的功能材料。
磁性材料广泛地应用于计算机、通讯、
自动化、音像、电视、仪器和仪表、航空航
天、农业、生物与医疗等技术领域。
112
⑴ 磁性材料的分类
① 按化学组成分类
金属磁性材料、非金属 (铁氧体 )磁性
材料
② 按磁化率大小分类
顺磁性、反磁性、铁磁性、反铁磁
性、亚铁磁性
113
③ 按功能分类
软磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩
磁材料、旋磁材料、压磁材料,泡磁材料、
磁光材料、磁记录材料
114
⑵ 磁化强度 M
宏观磁体由许多具有固有磁矩的原子
组成。
当原子磁矩同向平行排列时，宏观磁
体对外显示的磁性最强。
当原子磁矩紊乱排列时，宏观磁体对
外不显示磁性。
115
宏观磁体单位体积在某一方向
的磁矩称为磁化强度 M：
M = ∑?原子 /V
116
⑶ 磁化率 ?及磁导率 ?
任何物质在外磁场作用下，除了 外
磁场 H外，由于物质内部原子磁矩的有
序排列，还要产生一个 附加的磁场 M。
117
在物质内部外磁场和附加磁场的总和
称为 磁感应强度 B。
B = ?o(H+M) ?o -- 真空磁导率
? = M / H ? -- 磁化率
? = B / H ? -- 磁导率
118
① 铁磁性物质
具有极高的磁化
率，磁化易达到饱和
的物质。
如 Fe,Co,Ni，
Gd等金属及其合金称
为铁磁性物质。 磁矩的排列与磁性的关系
铁磁性
?m= 10-2 ~106
磁
场
⑷ 磁性的起源
119
② 亚铁磁性物质
磁矩的排列与磁性的关系
亚铁磁性
?m= 10-2 ~106
磁
场
如铁氧体 (M2+Fe23+O4)等，
是一些复杂的金属化合物，
比铁磁体更常见。
它们相邻原子的磁矩反向平
行，但彼此的强度不相等，
具有高磁化率和居里温度。
120
③ 顺磁性物质
存在未成对电子 → 永久
磁矩。 La,Pr,MnAl，
FeSO4·7H2O,Gd2O3 … ；
在居里温度以上的铁磁性
金属 Fe,Co,Ni等。
居里温度 由铁磁性或亚
铁磁性转变为顺磁性的临
界温度称为居里温度 (Tc)。
顺磁性
?m=10-6 ~10-5
磁
场
磁矩的排列与磁性的关系
121
④ 反磁性物质 不存在
未成对电子 → 没有永
久磁矩。惰性气体，不
含过渡元素的离子晶体
，共价化合物和所有的
有机化合物，某些金属
和非金属。 磁矩的排列与磁性的关系
反磁性
?m= -10-5 ~-10-6
磁
场
122
⑤ 反铁磁性物质
FeO,FeF3,NiF3，
NiO,MnO,各种
锰盐以及部分铁氧
体 ZnFe2O4等, 它们
相邻原子的磁矩反
向平行, 而且彼此
的强度相等, 没有
磁性 。
反铁磁性
?m= 10-2 ~10-5
磁
场
磁矩的排列与磁性的关系
123
⑸ 磁性材料及其应用
124
铁磁体磁化到技术饱和以后，使它的磁化
强度降低到零所需要的反向磁场称为矫顽力。
磁滞回线
B?剩磁
Hc矫顽力
125
在较弱的磁场
下易于磁化, 也易
于退磁的材料称为
软磁材料 。
磁导率大，矫顽
力小 (Hc≤100A/m)
,滞损耗低，磁滞
回线呈细长条形。
软磁材料磁滞回线
① 软磁材料
126
主要软磁材料材料
Mn-Zn,Li-Zn 铁氧体, Ni-Zn、
NiCuZn 铁氧体, MnFe2O4, NiFe2O4
127
软磁材料应用
软磁材料适用于交变磁场，可用来制
造各种发电机和电动机的定子和转子；变
压器，电感器，电抗器，继电器和镇流器
的铁芯；计算机磁芯；磁记录的磁头与介
质；磁屏蔽；电磁铁的铁芯。
128
磁化后不易退磁,
而能长期保留磁性的铁氧
体材料称为 硬磁材料, 因
而也称 永磁材料 或 恒磁材
料 。 磁滞回线包围面积大,
(Hc≥400A/m) 矫顽力大 。 硬磁材料磁滞回线
② 硬磁材料
129
永磁材料的应用
主要是利用磁体在气隙产生足够强的磁
场，利用磁极与磁极的相互作用，磁场对带
电物体或粒子或载电流导体的相互作用来做
功，或实现能量，信息的转换。
130
矩磁材料磁滞回线
③ 矩磁材料
磁滞回线近
似矩形的磁性材
料，结晶各向异
性，应力各向异
性。
131
常用的矩磁材料
在常温使用的矩磁材料有 (Mn-Mg)Fe2O4
系,(Mn-Cu)Fe2O4系,(Mn-Ni)Fe2O4系等。
在 -65℃ ~ +125℃ 较宽范围使用的矩磁铁
氧体有 Li-Mn,Li-Ni,Mn-Ni,Li-Cu等。
132
矩磁材料的应用
矩磁材料的剩余磁感应强度 Br接近于
饱和值 Bm,矫顽力不大。
若矩磁材料在不同方向磁场下磁化，
当电流为零时，总是处于 +Bm和 -Bm 两种
不同的剩磁状态。
133
由于计算机采用两进制，即只有
,0”和,1”两个数码，所以采用这种
材料的两种剩磁状态 +Bm和 -Bm就可以分
别代表两个数码，起到记忆作用。
因此矩磁材料适于做信息存储元件
的磁性开关。
134
④ 压磁材料
在磁化时,长度会发生伸长或缩短变化
的材料称为压磁材料 。
这种材料具有电磁能与机械能或声能的
相互转换功能，是重要的磁功能材料之一。
传统磁致伸缩材料,Fe,Co,Ni基合
金及铁氧体、稀土磁致伸缩材料 REFe2
135
压磁材料的应用
制作超声发声器、接受器、超声探伤器
、超声钻头、超声焊接器、滤波器、稳频器
、谐波发声器、振荡器、微波检波器以及声
纳、回声探测仪等。
136
⑤ 旋磁材料
能使作用于它的电磁波发生一定角度
偏转的材料称为旋磁材料。
旋磁材料基本上是铁氧体磁性材料，
一般叫微波铁氧体材料。
137
旋磁材料
Mg-Mn,Mg-Mn-Al,Mg-Al，
Mg-Al,Mg-Cr,Ni-Mg,Ni-Zn，
Ni-Al,Ni-Cr铁氧体,Li-Al,Li-Mg
铁氧体等。
138
旋磁材料的应用
用于与输送微波的波导管或传输
线等组成的各种微波器件,主要用于
雷达、通讯、导航、遥测、遥控等电
子设备中。
第九章 储氢材料和磁性材料
第一节 储氢材料
第二节 磁性材料
2
第一节 储氢材料
氢能源 系统是作为一种 储量丰富、无
公害的能源替代品 而倍受重视。
如果 以海水制氢 作为燃料，从原理上
讲，燃烧后只能生成水，这对环境保护极
为有利；
3
如果进一步 用太阳能以海水制氢,则
可实现 无公害能源系统 。
此外，氢还可以作为 贮存其他能源的
媒体,通过 利用过剩电力 进行 电解制氢,
实现能源贮存。
4
在以氢作为 能源媒体的 氢能体系中，
氢的贮存与运输 是实际应用中的关键。
贮氢材料就是作为 氢的贮存与运输媒
体 而成为当前材料研究的一个热点项目。
5
贮氢材料 (Hydrogen storage
materials)是 在通常条件下 能可逆地大量
吸收和放出氢气 的 特种金属材料 。
6
贮氢材料的作用 相当于 贮氢容器 。
贮氢材料 在室温和常压条件下 能迅速
吸氢 (H2)并反应生成 氢化物,使氢以 金属氢
化物的形式 贮存起来，在需要的时候，适
当 加温或减小压力 使这些贮存着的氢释放
出来以供使用。
7
贮氢材料中,氢密度 极高，下表
列出几种金属氢化物中 氢贮量 及其他
氢形态中 氢密度值 。
8
(1)相对氢气瓶重量
从表中可知，金属氢化物的 氢密度 与液态氢、
固态氢的相当，约是氢气的 1000倍。
9
另外，一般 贮氢材料 中,氢分解压
较低,所以 用金属氢化物贮氢时 并不必
用 101.3MPa(1000atm)的 耐压钢瓶 。
10
可见，利用 金属氢化物 贮存氢 从 容积
来看 是极为有利的。
但 从 氢所占的质量分数 来看,仍比液
态氢、固态氢低很多，尚需克服很大困难，
尤其体现在对汽车工业的应用上。
11
当今 汽车工业 给 环境 带来恶劣的影
响，因此汽车工业一直期望 用以氢为能
源 的 燃料电池驱动的 环境友好型汽车来
替代。
12
对于 以氢为能源 的 燃料电池驱动 汽车来
说，不仅要求 贮氢系统的 氢密度高,而且要
求 氢所占贮氢系统 的 质量分数要高 (估算须达
到 ?(H) =6.5％ ),当前的 金属氢化物 贮氢技术
还不能满足此要求。
因此,高容量贮氢系统 是 贮氢材料研究
中 长期探求的目标。
13
贮氢材料 的 发现和应用研究 始于 20世
纪 60年代,1960年发现镁 (Mg)能形成
MgH2,其 吸氢量 高达 ?(H)＝ 7.6％,但 反
应速度慢 。
14
1964年，研制出 Mg2Ni,其吸氢量为
?(H)=3.6％,能 在室温下 吸氢 和 放氢, 250
℃ 时放氢压力约 0.1MPa,成为最早 具有应
用价值 的贮氢材料。
15
同年在研究 稀土化合物 时发现了
LaNi5具有优异的吸氢特性 ;
1974年又发现了 TiFe贮氢材料。
LaNi5和 TiFe是目前 性能最好 的贮氢材料。
16
（一）贮 氢 原 理
1、金属与氢气生成 金属氢化物 的反应
2、金属氢化物的 能量贮存, 转换
3、金属氢化物的 相平衡 和 热力学
17
金属和氢的化合物统称为 金属氢化物 。元
素周期表中 所有金属元素的氢化物 在 20世纪 60
年代以前就已被探明，并被汇总于专著中。
1、金属与氢气生成金属氢化物的反应
18
元素周期表中 IA族元素 (碱金属 )
和 IIA族元素 (碱土金属 )分别与氢形
成 MH,MH2化学比例成分的 金属氢
化物 。
19
金属氢化物 是 白色或接近白色 的粉末，
是 稳定的化合物 。这些化合物称为 盐状氢化
物 或 离子键型氢化物,氢以 H-离子 状态存在。
20
从 IB族 到 IVB族 的 金属氢化物,因是 共
价键性很强 的化合物，称为 共价键型氢化
物,例如,SiH4,CuH,AsH3等。
这些化合物多数是 低沸点的挥发性化
合物,不能作贮氢材料用。
21
从 IIIA族到 VIII族 的 金属氢化物,称为
金属键型氢化物,它们是 黑色粉末 。
其中,IIIA族,IVA族 元素形成的氢化
物 比较稳定 (生成焓为负、数值大，平衡分
解氢压低 )，如 LaH3,TiH2氢化物。
22
VA族 元素 也和气体氢 直接发生反应，生
成 VH2,NbH2氢化物。
在 1atm下，这些氢化物的温度 在常温附
近,它们能够是 在常温下 贮藏释放氢的材料。
VIA族 到 VIII族 的金属中，除 Pd外,都
不形成稳定的氢化物,氢 以 H+形成固溶体。
23
各种 金属与氢反应 性质的不同 可以从 氢的
溶解热数据 中反映出来。
下表是氢 在各种金属中的 溶解热 ?H数据。
24
氢在各种金属中的溶解热 ?H(kcal/mol)
25
可见 IA-IVA族 金属的 氢的溶解热 是 负
(放热 )的很大的值,称为 吸收氢的元素 ；
VIA--VIII族 金属显示出 正 (吸热 )的值
或很小的负值,称为 非吸收氢的元素 ；
VA族 金属刚好显示出 两者中间的数值 。
26
2、金属氢化物的能量贮存、转换
金属氢化物 可以作为 能量贮存, 转换
材料,其 原理 是：
金属吸留氢形成金属氢化物, 然后对
该金属氢化物加热, 并把它放臵在比其平
衡压低的氢压力环境中使其放出吸留的氢,
其反应式如下：
27
式中,M---金属； MHn---金属氢化物
P---氢压力； ?H---反应的焓变化
),()(2 2 pHM
n
气固 ? 放氢,吸热
吸氢,放热
HMH
n n
??)(2 固
反应进行的方向 取决于 温度 和 氢压力 。
28
实际上，上式表示 反应过程 具有 化学能
(氢 ),热能 (反应热 ),机械能 (平衡氢气压力 )
的 贮存和相互转换功能 。
),()(2 2 pHM
n
气固 ? 放氢,吸热
吸氢,放热
HMH
n n
??)(2 固
29
这种能量的 贮存和相互转换功能 可用
于 氢或热的贮存或运输, 热泵, 冷气暖气
设备, 化学压缩机, 化学发动机, 氢的同
位素分离, 氢提纯 和 氢汽车 等。
30
),()(2 2 pHM
n
气固 ? 放氢,吸热
吸氢,放热
HMH
n n
??)(2 固
由上面的反应式可知，贮氢材料 最佳特性
是 在实际使用的温度, 压力范围内, 以实际使
用的速度, 可逆地完成氢的贮藏释放 。
31
实际使用的 温度、压力范围 是根据 具体
情况而确定 的。
一般是从 常温到 400℃,从 常压到 100atm
左右，特别是以具有 常温常压附近 的工作的
材料作为主要探讨的对象。
32
具有 常温常压附近 工作的 纯金属的氢
化物 里，显示出 贮氢材料性能 的有钒的氢
化物 (VH2)和 镁的氢化物 (MgH2)。
但是 MgH2在纯金属中反应速度很慢，
没有实用价值。
33
许多 金属合金与氢 形成 合金氢化物 的
反应具有下式所示的 可逆反应 。
),()(2 2 pHM
n
气固 ? 放氢,吸热
吸氢,放热
HMH
n n
??)(2 固
34
贮氢合金材料 都服从的 经验法则 是“贮
氢合金是 氢的吸收元素 (IA— IVA族金属 )和 氢
的非吸收元素 (VIA-VIII族金属 )所形成的合
金”。
如在 LaNi5里 La是前者,Ni是后者；在
FeTi里 Ti是前者,Fe是后者。即,合金氢化
物的性质 介于其 组元纯金属的氢化物的性质
之间 。
35
然而,氢吸收元素 和 氢非吸收元素 组成的
合金,不一定都具备 贮氢功能 。
例如 在 Mg和 Ni的金属间化合物中,有
Mg2Ni和 MgNi2。 Mg2Ni可以和氢发生反应生
成 Mg2NiH4氢化物，而 MgNi2在 100atm左右的
压力下也不和氢发生反应。
36
另外，作为 La和 Ni的金属间化合物，除
LaNi5外，还有 LaNi,LaNi2等。
LaNi,LaNi2也能和氢发生反应，但 生
成的 La的氢化物 非常稳定,不释放氢,反应
的可逆性消失了。
37
因此，作为 贮氢材料的另一个重要条
件 是要 存在与合金相的金属成分一样的氢
化物相 。
例如 LaNi5H6相对于 LaNi5,Mg2NiH4
相对于 Mg2Ni那样。
38
总之，金属 (合金 )氢化物能否作为能
量贮存、转换材料取决于 氢在金属 (合金 )
中吸收和释放的可逆反应是否可行 。
39
氢在金属合金中的 吸收和释放 又取决
于 金属合金和氢的 相平衡关系 。
影响相平衡的因素 为 温度, 压力 和 组
成成分,这些参数就可用于 控制氢的吸收
和释放过程 。
40
3、金属氢化物的相平衡和热力学
金属 -氢系的 相平衡 由 温度 T,压力 p和 组
成成分 c三个状态参数 控制。
用 温度、压力、成分组成 二元直角坐标可
以完整地表示出 金属 --氢系相图 。
41
在 T--c面上的投影为 温度 --成分图 (T-
-c图 )，在 p--c面上的投影为 压力 --成分图
(p--c图 )。
下图为 M--H2系的典型的 压力 --成分
等温曲线图 。
42
p1
p2
p3
p1
p2
p3
T1
T2
T3
T1T2T3 >>温度
n2n1
A
B C
D
pH
2
对应一个 M原子的氢原子数 /n
金属 --氢系理想的 p--c图
T1,T2,T3
表示三个不同温
度下的等温曲线。
横轴表示 固
相中的氢原子 H
和 金属原子 M的
比 (H/M),纵轴
是氢压。
43
温度 T1的等温曲
线中 p和 c的变化如下：
T1保持不动,pH2
缓慢升高时,氢溶解
到金属中, H/M应沿
曲线 AB增大。固溶了
氢的金属相叫做 ?相。
达到 B点时,?相
和氢气发生反应 生成
氢化物相，即 ?相。
p1
p2
p3
p1
p2
p3
T1
T2
T3
T1T2T3 >>温度
n2n1
A
B C
D
pH
2
对应一个 M原子的氢原子数 /n
44
当变到 C点 时，
所有的 ?相都变为 ?
相,此后当再次逐渐
升高压力时,?相的
成分就逐渐靠近化学
计量成分 。
BC之间的 等压
区域 (平台 )的存在 可
用 Gibbs相律解释。
p1
p2
p3
p1
p2
p3
T1
T2
T3
T1T2T3 >>温度
n2n1
A
B C
D
pH
2
对应一个 M原子的氢原子数 /n
45
设某体系的 自由度为 f,独立成分数为 k，
相数为 p,它们的关系可表示为：
f=k-p+2
该 体系中独立成分 是 M和 H,即 k=2,所
以 f＝ 4-p。
46
(1)A?B氢的固溶区域,
该区存在的相是 ?相和气
相, p＝ 2,所以 f＝ 2。
因而即使温度保持一
定，压力也可变化。
AB表示 在温度 T1时
氢的溶解度随压力变化 的
情况。
p1
p2
p3
p1
p2
p3
T1
T2
T3
T1T2T3 >>温度
n2n1
A
B C
D
pH
2
对应一个 M原子的氢原子数 /n
47
(2)B ? C平台的
区域,该区存在
的相是 ?相, ?相
和 气相, p=3,所
以 f＝ 1。
在下面的反应：
p1
p2
p3
p1
p2
p3
T1
T2
T3
T1T2T3 >>温度
n2n1
A
B C
D
pH
2
对应一个 M原子的氢原子数 /n
),()(2 2 pHM
n
气固 ? 放氢,吸热
吸氢,放热
HMH
n n
??)(2 固
完成之前，压力为一定值。
48
若 ?相成分为 n,?相成分为 m,则 在温
度 T1时 等压区域里的反应 为：
mn MHH
nmMH ????? ??
2)2(
此时的 平衡氢压,即为 金属氢化物的平
衡分解压 。
平衡分解压 随温度上升呈指数函数增大 。
达到临界温度以前,随温度上升平台的宽度
逐渐减小。
49
(3)C ? D
氢化物相的不定
比区域,该区存
在的相是 ?相 和
气相, p＝ 2,所
以 f＝ 2,压力可
再一次发生变化。
p1
p2
p3
p1
p2
p3
T1
T2
T3
T1T2T3 >>温度
n2n1
A
B C
D
pH
2
对应一个 M原子的氢原子数 /n
50
反应平衡氢压 p与 温度 之间,在一定的温度
范围内 近似地符合 Van't--Hoff关系式：
R
S
RT
HpH ????
2ln
mn MHH
nmMH ????? ??
2)2(
式中 ?H---金属氢化物的生成焓；
?S---熵变量； R---气体常数。
对于反应式,
51
若相对于 l/T绘制 lnp图，则应得到一
条直线。
对各种 金属氢化物的实验结果 进行作
图，一般可得到 良好的直线关系,如下图
所示。
R
S
RT
HpH ????
2ln
52
平
衡
氢
压
／M
pa
各种贮氢合金的平衡氢压与温度的关系 (Mm为混合稀土合金 )
由 直线
的斜率 可求
出 ?H,由 直
线在 lnp轴上
的截距 可求
出 ?S。
R
S
RT
HpH ????
2ln
53
300K时,氢气的熵值 为 31cal/K.mol.H2，
与之相比,金属氢化物中 氢的熵值较小,即
式：
mn MHH
nmMH ????? ??
2)2(
向右反应的熵减少。 所有的金属氢化物
一般都有可视为 ?S＝ 30cal/k.mol.H2。
54
设 常温下 金属氢化物的 氢分解压变
化范围 为 0.01~1MPa,从式：
可得出 ?H为 -7 ~ -11kcal/mol·H2。
R
S
RT
HpH ????
2ln
55
氢化物生成焓 ?H为 -7～ -11 kcal/mol·H2
的金属仅有 V族金属元素 中的 V,Nb,Ta等，
因其 氢化物在室温附近的氢分解压很低 而不
适于做贮氢材料。
56
图中所示的
氢合金,其 合金
组分在与氢气反
应时,有些是 放
热的 (多为 IA--
IVA族元素 )，有
些是 吸热的 (多为
VIA-VIII族元素 )。
平
衡
氢
压
／M
pa
各种贮氢合金的平衡氢压与温度的关系 (Mm为混合稀土合金 )
57
金属间化合物 中,放热型金属组分的作
用 是借助它 与氢牢固结合,将氢吸贮在金属
内部；
与氢无亲和力的 吸热型金属,使合金的
氢化物具有 适度的氢分解压 。
另外,金属间化合物 生成热的大小 对形
成氢化物时的 生成焓大小 有一定的影响。
58
设 ABn(n＞ 1)型金属间化合物中,A为 放
热型金属, B为 吸热型金属,伴随着氢化物
的生成，形成 A--H键与 B--H键，同时,A--B
键减少。
如应用 最近邻效应 (nearest neighbor
effect)近似法,则氢化物的生成热可用下式
表示：
? H(ABnH2m)＝ ?H(AHm)+ ? H(BnHm)- ? H(ABn)
59
式中,AHm的生成热为 很大的负值 ；
BnHm的生成热为 较小的正值 。
其中这两项与 金属元素种类的关系不大,
故 ABnH2m的生成热 实际上由 ABn的生成热
大小决定。
? H(ABnH2m)＝ ?H(AHm)+ ? H(BnHm)- ? H(ABn)
60
即 ABn越稳定,则 ABnH2m越不稳定,
氢化物的分解压越高,这种规律称为 逆稳定
规则 （ the rule of reversed stability)。
具有 最佳分解压 的二元素贮氢合金有
LaNi5,TiFe,TiMn1.5等。
? H(ABnH2m)＝ ?H(AHm)+ ? H(BnHm)- ? H(ABn)
61
(二 ) 储氢材料应具备的条件
① 易活化,氢的 吸储量大 ；
② 用于 储氢 时 生成热尽量小,而用于 蓄热
时 生成热尽量大 ；
③ 在一个 很宽的组成范围内,应具有 稳定
合适的平衡分解压 (室温分解压 2~3atm)；
62
④ 氢吸收和分解过程中的 平衡压差 (
滞后 )小；
⑤ 氢的 俘获和释放速度快 ；
⑥ 金属氢化物的 有效热导率大 ；
63
⑦ 在反复吸、放氢的循环过程中，
合金的粉化小, 性能稳定性好 ；
⑧ 对不纯物如氧、氮,CO,CO2、
水分等的 耐中毒能力强 ；
⑨ 储氢材料 价廉 。
64
(三 ) 影响储氢材料吸储能力的因素
① 活化处理
制造储氢材料时,表面被氧化物覆盖 及
吸附着水和气体 等会 影响氢化反应,采用 加
热减压脱气 或 高压加氢处理 。
65
② 耐久性和中毒 耐久性是指 储氢材料反
复吸储的性质 。向储氢材料供给新的氢气时带
入的 不纯物使吸储氢的能力下降 称为,中毒,
。
③ 粉末化 在吸储和释放氢的过程中，
储氢材料反复膨胀和收缩,从而导致 出现
粉末 现象。
66
④ 储氢材料的导热性 在反复吸储和释放
氢的过程中，形成 微粉层使导热性能很差,
氢的可逆反应的热效应 要求将其及时导出。
⑤ 滞后现象和坪域 用于 热泵系统 的储氢
材料,滞后现象应小, 坪域宜宽 。
⑥ 安全性
67
(四 ) 储氢材料的种类
① 镁系合金
② 稀土系合金
③ 钛系合金
④ 锆系合金
68
① 镁系合金
镁在地壳中藏量丰富。 MgH2是 唯一一
种 可供工业利用的 二元化合物, 价格便宜
，而且具有 最大的储氢量 。
MgH2缺点,释放温度高 且 速度慢, 抗
腐蚀能力差 。
69
新开发的 镁系吸氢合金 Mg2Ni1-xMx
(M = V,Cr,Mn,Fe,Co) 和 Mg2-
xMxNi (Al,Ca) 比 MgH2的性能好。
70
镁系吸氢合金 的 潜在应用 在于可 有效
利用 250～ 400℃ 的工业废热, 工业废热提
供氢化物分解所需的热量 。
目前,Mg2Ni 系合金在 二次电池负极
方面的应用已成为一个重要的研究方向。
71
② 稀土系合金
人们很早就发现,稀土金属 与 氢气 反应
生成 稀土氢化物 REH2,这种氢化物 加热到
1000℃ 以上 才会分解。
而在 稀土金属 中加入某些第二种金属形
成 合金 后,在较低温度下 也可 吸放氢气,通
常将这种合金称为 稀土贮氢合金 。
72
在已开发的一系列 贮氢材料 中,稀土
系贮氢材料 性能最佳, 应用也最为广泛 。
稀土系贮氢材料的 应用领域 已扩大到
能源, 化工, 电子, 宇航, 军事 及 民用 各
个方面。
73
例如，用于 化学蓄热 和 化学热泵 的 稀
土贮氢合金 可以将工厂的废热等 低质热能
回收, 升温,从而开辟出了人类 有效利用
各种能源的新途径。
74
利用 稀土贮氢材料 释放氢气时 产生的压
力,可以用作 热驱动的动力 ；
采用 稀土贮氢合金 可以实现 体积小, 重
量轻, 输出功率大,可用于 制动器升降装臵
和 温度传感器 。
75
典型的贮氢合金 LaNi5是 1969年荷兰
菲利浦公司发现的，从而引发了人们对
稀土系储氢材料 的研究。
76
以 LaNi5 为代表的 稀土储氢合金 被认为
是 所有储氢合金中应用性能最好的一类 。
优点,初期氢化容易，反应速度快，
吸 -放氢性能优良。 20℃ 时氢分解压仅几个
大气压。
缺点,镧价格高，循环退化严重，易
粉化。
77
采用 混合稀土 (La,Ce,Sm)Mm替代 La
可有效降低成本，但 氢分解压升高, 滞后压差
大,给使用带来困难。
采用 第三组分元素 M(Al,Cu,Fe,Mn,
Ga,In,Sn,B,Pt,Pd,Co,Cr,Ag,Ir)
替代部分 Ni是改善 LaNi5和 MmNi5储氢性能的
重要方法。
78
③ 钛系合金
Ti-Ni,TiNi,Ti2Ni,TiNi-Ti2Ni,Ti1-
yZryNix,TiNi-Zr7Ni10,TiNiMm
Ti-Fe,价廉, 储氢量大,室温氢分
解压只有几个大气压，很合乎使用要求。
但是 活化困难, 易中毒 。
79
Ti-Mn,粉化严重, 中毒再生性差 。添
加少量其它元素 (Zr,Co,Cr,V)可进一步改善
其性能。
其中,TiMn1.5Si0.1,Ti0.9Zr0.2Mn1.40Cr0.4
具有很好的储氢性能。
另外,四、五元合金 也是发展的方向。
80
④ 锆系合金
锆系合金 具有 吸氢量高, 反应速度快,
易活化, 无滞后效应 等优点。
但是,氢化物生成热大, 吸放氢平台压
力低, 价贵,限制了它的应用。
AB2→ZrV 2,ZrCr2,ZrMn2 储氢量比 AB5
型合金大，平衡分解压低。
81
Zr(Mn,Ti,Fe)2和 Zr (Mn,Co,Al)2合
金适合于作 热泵材料 。
Ti17Zr16Ni39V22Cr7 已成功用于 镍氢电池,
有 宽广的元素替代容限,设计不同的合金成分
用来满足 高容量, 高放电率, 长寿命, 低成本
不同的要求。
82
(五 ) 贮氢材料的应用
氢与金属间化合物 在生成 金属氢化物 和
释放氢 的过程中，可以产生以下功能：
(1)有热的吸收和释放现象，氢可作为一
种 化学能 加以利用；
(2)热的释放与吸收也可作为一种 热力功
能 加以利用；
83
(3)在一 密封容器中,金属氢化物所释
放出 氢的压力与温度 有一定关系，利用这
种压力可做 机械功 ；
(4)金属氢化物在吸收氢过程中还伴随
着 电化学性能的变化,可直接产生电能，
这就是 电化学功能 。
84
充分利用这 化学, 机械, 热, 电 四大功
能，可以 开发新产品 ；
同时，吸、放氢多次后,金属氢化物会
自粉碎成细粉, 表面性能 非常活泼，用作 催
化剂 很有潜力，这种表面效应功能也很有开
发前途。
85
金属氢化物贮氢材料的应用领域很
多，而且还在不断发展之中，下面介
绍 贮氢材料应用 的几个主要方面。
86
1、高容量贮氢器
用高贮氢量的贮氢材料以及高强铝合金贮
罐，从工艺上降低成本，减轻重量，这种高容
量贮氢器可在氢能汽车、氢电动车、氢回收、
氢净化、氢运输等领域得到广泛的应用。
87
利用贮氢材料吸收氢的特性，可从氯
碱、合成氨的工业废气中回收氢；可方便
而廉价地获取超高纯 H2(99.9999％ ),实现
氢的净化；还可将难与氢分离的气体，如
氦经济地分离出来，无须惯用的深冷方法
而实现氢的分离；
88
可用于吸收核反应堆的重水慢化器及冷
却器中产生的氢、氖、氚等氢同位素，以避
免核反应器材料的氢脆和防止环境污染，对
吸收的氢同位索还可以利用贮氢材料的氢化
物与氘化物平衡压力的差异、经济有效地实
现氢氘分离，即氢的同位素分离 。
89
2,静态压缩机
利用氢化物的平衡压力随温度指数变化的
规律，室温下吸氢，然后提高温度以使氢压大
幅度提高，同时使氢净化。这样不用机械压缩
即可制高压氢，所用设备简单，无运转部件，
无噪声，用于此目的贮氢合金称为静态压缩机。
90
3、热泵
利用贮氢材料的热效应和平台压力的温度
效应，只需用低品位热源如工业废热、太阳能
作能源，即可进行供热、发电、空调和制冷。
过去一股为 2段式热泵,1次升温，现发展成 3
段式热泵,2次升温，可使 65~90℃ 废热水升温
至 130 ℃ 或更高，可直接用于产生蒸气再发电，
并可充分利用环境热，制成新型空调器和冰箱，
可节能 80％。
91
金属氢化物热泵的推广与金属氢化物成
本和热交换器的结构密切相关。日本最近提
出的一种机械压缩机与金属氮化物联动式热
泵，它只用一种廉价的金属氢化物 (如 TiFe等 )
与一台无油压缩机驱动氢的吸入，从而简化
设计结构，降低成本。
92
4、用作催化剂
贮氢材料可用作加氢和脱氢反应的催
化剂，如 LaNi5,TiFe用作常温常压合成
氨催化剂、电解水或燃料电池上的催化剂。
它可降低电解水时的能耗，提高燃料电池
的效率。
93
22 )(2
1 OHNiHN i O H ??
放电
充电
5、发展镍氢电池
出于镉有毒，镍镉高容量可再充式电池因
废电池处理复杂已处于被淘汰的阶段。因此金
属氢化物镍氢电池发展迅速，基本化学过程是：
94
如以贮氢材料作电极材料，则放电时从
贮氢材科中放出氢，充电时则反之，对于
TiCrVNi,TiNi等最高贮氢量可达 260cm3/g
的材料、放电量可比镍镉电池高 1.8倍，可充
放电 1000次以上。这类电池在宇航、手提式
电子计算机、移动电话、电动汽车等行业中
已得到广泛应用。
95
燃料电池是一种使燃料氧化时释放出的
化学能直接转化为电能的电化学装臵。电极
由多扎材料和催化剂组成、常用的燃料有氢
气、甲醇等，氧化剂一般为氧气或空气，
96
常用的电解质有磷酸、氢氧化钾及离子
交换膜等 与一般化学电池不同，其反应物
质贮存于电池外部，只要不断地向电池供应
燃料和氧化剂，同时从电池中排出反应产物，
电池就可连续工作，因而容量不受电池质量
和体积的限制。
97
与其他发电装臵相比，燃料电池具有能
量转换效率高、无噪声、无环境污染等优点。
用金属氢化物作电极，结合固体聚合物电解
质 (solid Polymer electrolyte,SPE)可以发展
新型高效燃料电池，获效率可高达 60%以上。
燃料电池可作为大型电站和贮电站的建
设，即电网低峰时用余电电解水制氢，高峰
用电时则通过燃料电池产电。
98
6、温度传感器、控制器
贮氢材料的氢平衡压随温度升高而升高的
效应可以用作温度计。
从贮氢努材料的 p-T曲线找到 p与 T的对应
关系，将小型贮氢器上的压力表盘改为湿度指
示盘、经校正后即可制成温度指示器，这种温
度计体积小，不怕震动，而且还可以通过毛细
管在较远的距离上精确测定温度。这种温度计
已广泛用于各种飞机。
99
贮氢材料的温度压力效应还可以用作机
器人动力系统的激发器、控制格和动力源、
其特点是没有旋转式传动部件，因此反应灵
敏、便于护制、反弹和振动小，还可用于抑
制温度的各种开关装臵。
此外，金属氢化物贮氢材料还可以用作
吸气剂，绝热采油管，微型压缩致冷器等。
100
在贮氢材料的实际应用中尚存在以下问题：
(1)贮氢材料的粉化。
由于贮氢材料在吸氢时晶格膨胀，放氢时
晶格收缩、如反复吸收氢，则材料可因反复形
变而逐渐变成粉末。细粉末状态的贮氢材料在
放氢时，不仅将导致氢氢流劝受阻，而且还可
能随氢气流排到外部而引起公害。
101
(2)贮氢材料的传热问题。从贮氢材料中
放出氢或进行氢化，共速度比较快，温升较高
但由于贮氢材料的导热性很差 (一般只有 1w/m,
℃, 与玻璃接近 )，不容易使热效应有效地传
递出来，因此有必要从技术上给予解决。
(3)在氢吸留与放出时存在滞后作用，有
时 p-c曲线的水平段不平直，这些都是有效率
下降的原因。
102
(六 ) 贮氢材料应用的工程技术的新进展
在贮氢材料的实际应用中，有一系列工
程技术问题需要及时解决以推动工艺应用的
发展。
103
1、无电镀铜及成型新技术
针对贮氢材料导热性差，加入良导体
作骨架 (如铝纤维等 )可改善导热性 为了防
止贮氢材料的粉化，在贮氢材料表面镀铜
是有效方法之一，即首先将贮氢材料粉碎
至 5~10um。 再经无电镀铜技术，在颗粒表
面涂上一层金属铜，并在一定压力下加压
成型，这样就可制成导热性好、又能防止
不断粉化的块状复合体。此法的成本较高。
104
2、有机载体和贮氢材料的浆料技
将一种有机液体 (如四氢呋喃等 )与贮氢
材料混合成均匀浆料，用作热交换器工作介
质，可增加其导热性，实现流态化。
105
3、薄膜技术
为消除放氢时产生的内部应变，可将贮
氢材料制成薄膜。薄膜与氢反应的实际表面
积大为增加，反应速度也就大大加快，在充
电式电池或作为催化剂的应用中，以及内贮
氢材料组成的燃料电池中，均有重要作用。
106
4、平板式热交换器新技术
在研制由贮氢材料组成的热泵和压缩
机的过程中。可以制成平板式或其他更高
效的热交换器，使整个装臵更紧凑，效率
也可得到提高。
107
5、贮氢材料制备的发展
贮氢材料的性能成本直接影响到它的应用
和推广。从成本来看，应用 Fe-Ti系合金是很有
的途的，所以人们对改善这种合金性能进行了
大量研究，开发不需活化处理的 Fe-Ti系合金
108
例如日本研制出在 m(Ti/Fe)>1的合金
基体中加入少量 Nb或 O而制成的合金不需
活化处理，和 LaNi5一样使用十分方便。
采用铝热还原法直接从钛铁矿制取铁
钛系贮氢材料可使其成本进一步大幅度降
低，有利于推广。
高容量贮氢材料也是应用中渴求的，
日本发展出“熔融态贮氢材料”，在室温
条件下吸放量可能性达 ?(H)=6％,而且成
本较低。
109
除金属氢化物体系之外，其他具有高容
量贮氢能力的贮氢材料也在发展中。最新理
论与实验研究表明，单壁纳米碳管可贮氢
?(H)＝ 10％,而更令人吃惊的是具有某种特
殊结构的纳米纤维贮氢能力可高达 ?(H)=65
％,远超过其理论预测贮量；
110
具有超级贮氢能力材料的机理与科学基础
尚属未知，并且常规的表面相互作用理论完全
不能解释这种材科的超级贮氢能力。深入的研
究探索可能导致常规吸附理论的革命。
因此，这些具有超级贮氢能力的材料的突
破性发现不仅在应用方面非常重要，而且有着
重要的科学意义。
111
第二节 磁性材料
具有强磁性的材料称为磁性材料。
磁性材料具有能量转换，存储或改变能
量状态的功能，是重要的功能材料。
磁性材料广泛地应用于计算机、通讯、
自动化、音像、电视、仪器和仪表、航空航
天、农业、生物与医疗等技术领域。
112
⑴ 磁性材料的分类
① 按化学组成分类
金属磁性材料、非金属 (铁氧体 )磁性
材料
② 按磁化率大小分类
顺磁性、反磁性、铁磁性、反铁磁
性、亚铁磁性
113
③ 按功能分类
软磁材料、硬磁材料、半硬磁材料、矩
磁材料、旋磁材料、压磁材料,泡磁材料、
磁光材料、磁记录材料
114
⑵ 磁化强度 M
宏观磁体由许多具有固有磁矩的原子
组成。
当原子磁矩同向平行排列时，宏观磁
体对外显示的磁性最强。
当原子磁矩紊乱排列时，宏观磁体对
外不显示磁性。
115
宏观磁体单位体积在某一方向
的磁矩称为磁化强度 M：
M = ∑?原子 /V
116
⑶ 磁化率 ?及磁导率 ?
任何物质在外磁场作用下，除了 外
磁场 H外，由于物质内部原子磁矩的有
序排列，还要产生一个 附加的磁场 M。
117
在物质内部外磁场和附加磁场的总和
称为 磁感应强度 B。
B = ?o(H+M) ?o -- 真空磁导率
? = M / H ? -- 磁化率
? = B / H ? -- 磁导率
118
① 铁磁性物质
具有极高的磁化
率，磁化易达到饱和
的物质。
如 Fe,Co,Ni，
Gd等金属及其合金称
为铁磁性物质。 磁矩的排列与磁性的关系
铁磁性
?m= 10-2 ~106
磁
场
⑷ 磁性的起源
119
② 亚铁磁性物质
磁矩的排列与磁性的关系
亚铁磁性
?m= 10-2 ~106
磁
场
如铁氧体 (M2+Fe23+O4)等，
是一些复杂的金属化合物，
比铁磁体更常见。
它们相邻原子的磁矩反向平
行，但彼此的强度不相等，
具有高磁化率和居里温度。
120
③ 顺磁性物质
存在未成对电子 → 永久
磁矩。 La,Pr,MnAl，
FeSO4·7H2O,Gd2O3 … ；
在居里温度以上的铁磁性
金属 Fe,Co,Ni等。
居里温度 由铁磁性或亚
铁磁性转变为顺磁性的临
界温度称为居里温度 (Tc)。
顺磁性
?m=10-6 ~10-5
磁
场
磁矩的排列与磁性的关系
121
④ 反磁性物质 不存在
未成对电子 → 没有永
久磁矩。惰性气体，不
含过渡元素的离子晶体
，共价化合物和所有的
有机化合物，某些金属
和非金属。 磁矩的排列与磁性的关系
反磁性
?m= -10-5 ~-10-6
磁
场
122
⑤ 反铁磁性物质
FeO,FeF3,NiF3，
NiO,MnO,各种
锰盐以及部分铁氧
体 ZnFe2O4等, 它们
相邻原子的磁矩反
向平行, 而且彼此
的强度相等, 没有
磁性 。
反铁磁性
?m= 10-2 ~10-5
磁
场
磁矩的排列与磁性的关系
123
⑸ 磁性材料及其应用
124
铁磁体磁化到技术饱和以后，使它的磁化
强度降低到零所需要的反向磁场称为矫顽力。
磁滞回线
B?剩磁
Hc矫顽力
125
在较弱的磁场
下易于磁化, 也易
于退磁的材料称为
软磁材料 。
磁导率大，矫顽
力小 (Hc≤100A/m)
,滞损耗低，磁滞
回线呈细长条形。
软磁材料磁滞回线
① 软磁材料
126
主要软磁材料材料
Mn-Zn,Li-Zn 铁氧体, Ni-Zn、
NiCuZn 铁氧体, MnFe2O4, NiFe2O4
127
软磁材料应用
软磁材料适用于交变磁场，可用来制
造各种发电机和电动机的定子和转子；变
压器，电感器，电抗器，继电器和镇流器
的铁芯；计算机磁芯；磁记录的磁头与介
质；磁屏蔽；电磁铁的铁芯。
128
磁化后不易退磁,
而能长期保留磁性的铁氧
体材料称为 硬磁材料, 因
而也称 永磁材料 或 恒磁材
料 。 磁滞回线包围面积大,
(Hc≥400A/m) 矫顽力大 。 硬磁材料磁滞回线
② 硬磁材料
129
永磁材料的应用
主要是利用磁体在气隙产生足够强的磁
场，利用磁极与磁极的相互作用，磁场对带
电物体或粒子或载电流导体的相互作用来做
功，或实现能量，信息的转换。
130
矩磁材料磁滞回线
③ 矩磁材料
磁滞回线近
似矩形的磁性材
料，结晶各向异
性，应力各向异
性。
131
常用的矩磁材料
在常温使用的矩磁材料有 (Mn-Mg)Fe2O4
系,(Mn-Cu)Fe2O4系,(Mn-Ni)Fe2O4系等。
在 -65℃ ~ +125℃ 较宽范围使用的矩磁铁
氧体有 Li-Mn,Li-Ni,Mn-Ni,Li-Cu等。
132
矩磁材料的应用
矩磁材料的剩余磁感应强度 Br接近于
饱和值 Bm,矫顽力不大。
若矩磁材料在不同方向磁场下磁化，
当电流为零时，总是处于 +Bm和 -Bm 两种
不同的剩磁状态。
133
由于计算机采用两进制，即只有
,0”和,1”两个数码，所以采用这种
材料的两种剩磁状态 +Bm和 -Bm就可以分
别代表两个数码，起到记忆作用。
因此矩磁材料适于做信息存储元件
的磁性开关。
134
④ 压磁材料
在磁化时,长度会发生伸长或缩短变化
的材料称为压磁材料 。
这种材料具有电磁能与机械能或声能的
相互转换功能，是重要的磁功能材料之一。
传统磁致伸缩材料,Fe,Co,Ni基合
金及铁氧体、稀土磁致伸缩材料 REFe2
135
压磁材料的应用
制作超声发声器、接受器、超声探伤器
、超声钻头、超声焊接器、滤波器、稳频器
、谐波发声器、振荡器、微波检波器以及声
纳、回声探测仪等。
136
⑤ 旋磁材料
能使作用于它的电磁波发生一定角度
偏转的材料称为旋磁材料。
旋磁材料基本上是铁氧体磁性材料，
一般叫微波铁氧体材料。
137
旋磁材料
Mg-Mn,Mg-Mn-Al,Mg-Al，
Mg-Al,Mg-Cr,Ni-Mg,Ni-Zn，
Ni-Al,Ni-Cr铁氧体,Li-Al,Li-Mg
铁氧体等。
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旋磁材料的应用
用于与输送微波的波导管或传输
线等组成的各种微波器件,主要用于
雷达、通讯、导航、遥测、遥控等电
子设备中。
