仪器网（yiqi.com）欢迎您！

      氢气是重要的工业原料，例如在实验室里可以作为气相色谱氢焰化验原料，正因为其重要性，而促使了氢气发生器的大规模应用。氢气发生器由电解池、纯水箱、氢/水分离器、收集器、干燥器、传感器、压力调节阀、开关电源等部件组成，有纯水电解制取氢气和碱液电解制取氢气。

      钯膜一般是指管式或片式的金属钯或钯合金。其结构又分为两类：一是自支撑型，一是负载型（又称复合膜）。致密的钯膜则可得到惟一的氢渗透。因此，钯膜的研究在氢气提纯方面具有重要的意义，另外，由于钯合金膜扩散法具有独特的纯化性能，是其他物理方法或化学方法无法比拟的，是目前氢同位素提取、分离和纯化的主要过程。

通常认为，氢气透过钯膜的方式遵循溶解——扩散机制，包含以下五个步骤：

氢透过溶解钯膜的扩散机理示意图

正因为钯合金膜的如此特点，普拉勒超高纯氢气发生器（Gas GC expert）Hydrogen-500H采用Peculiar钯合金膜（ZL技术），产生的氢气才可确保持续达到99.99999%。

超高纯氢气发生器Hydrogen-500H

超高纯氢气发生器Hydrogen-500H技术参数

氢气纯度：99.99999%

氢气流量：0-500ml/min

输出压力：0-0.5Mpa

压力稳定性：< 0.0001MPa◎供电电源：220V±10%, 50Hz◎消耗功率：300W

外型尺寸：420×300×360mm◎净重：约14Kg

（相关内容来源于网络）

氢气发生器使用前的准备工作：

作为现代实验室常用的设备之一，随着市场需求的不断上升，越来越多的国内外企业开始触角于此，在如此大环境下，普拉勒应运崛起，公司自成立以来在技术、工艺制造等方面全面探索，并注重产品创新、思维创新，不断开发新型产品，经过多年的发展，品牌逐渐为广大国内外用户接受并认可，如今取得了可观的市场业绩。而作为普拉勒的明星产品，氢气发生器集聚多种优势性能，不但体积小、产气量大，而且纯度高、高智能、耗水量小。

（来源：南京普拉勒科技有限公司）

水是实验室重要的溶剂，能配置溶液，又能参与反应。在做化学实验中，往往要用到不同的纯度的水，具体有哪些分类？

蒸馏水是实验室Z常见的一种纯水，它是指经过蒸馏、冷凝操作而得的水，蒸两次、三次的分别为重蒸水和三蒸水。蒸馏水能够去除自来水中的大部分污染物，但是仍然存在一些挥发性的杂质。

去离子水是通过离子交换树脂除去水中的离子态杂质而得到的近于纯净的水，但是水中仍然会存在一些可溶性的有机物，存放后容易引起细菌繁殖。

除了上述两种还有实验室纯水，根据《GB_T 6682-2008 分析实验室用水规格和试验方法》，实验室纯水可分为以下三种：

一级水：用于严格要求的分析试验，比如HPLC分析用水，一级水可以用二级水经过石英设备蒸馏或离子交换混合床处理后，再经 0.2 μm 微孔滤膜过滤来制得。

二级水：用于无机痕量分析等试验，例如原子吸收光谱分析用水。它可以通过多次蒸馏或者离子交换等方式制备。

三级水：用于常规的化学分析实验，通过蒸馏等方法即可制得。

面对如此严格的标准，通过人工制得实验室纯水往往步骤较多，比较麻烦。如今实验室纯水机的大量应用帮助用户更加便捷的获得实验室纯水。

英国普拉勒是实验室纯水系统行业的主要供应商，主营： 纯水机、超纯水机、实验室纯水系统、实验室超纯水系统、实验室ZY纯水系统。普拉勒实验室超纯水系统 OmniaPure ASTM具有以下特点：

紧凑的外壳，易于操作和拆装；
几秒钟一体化纯化柱的更换；
可单独调节和净化的耐水减压装置；
宽范围的电源单元，自动电压调节为48伏，可以国际使用；
静压运行长寿命循环泵（<40dB），实现全循环，再循环，泵体安装在分配器顶部；
水中污染物综合预处理装置保证给水水质的清洁，降低使用成本；
紫外线波长为185/254 nm波长的微生物清洁度Z 高，TOC减少；
超无机净化装置去除无机物和残留无机离子；
集成超滤单元用于内毒素、蛋白质、DNASs和RNases的保留；
质量清洗冲洗阀，对接触介质的所有部件进行彻底消毒；
间隔模式下的质量清洗；
多语言微处理器用于所有操作和性能的控制、监视参数；
使用微滤的终端分配器可以对超纯水质进行纯化，进一步得到的无菌超纯水。

普拉勒实验室超纯水系统 OmniaPure ASTM技术规格：

  电导率μs/cm（超纯水柱）：0.055

  电阻MΩ×cm（超纯水柱）：18.2

  TOC-value*ppb (紫外)：5 – 10

  瞬时流速l/min：up to 2

  颗粒**/ml：< 1   

  细菌**CFU/ml：< 0.1

给水要求：

   离子交换、反渗透制备水、电渗析或蒸馏水

   给水温度°C：+ 2 up to 35

   输入电导率μS/cm：< 30

   TOC-value ppb：< 50

技术资料

工作压力：0.1 – 6

电源电压伏特/赫兹：90 – 240/50 – 60

连接负载千瓦：0.1

连接器尺寸mm：8 mm hose

环境温度℃：+ 2 up to + 35

整机尺寸mm****：390 x 720 x 525

重量kg ：19

依赖于给水质量

灭菌过滤器0.2μm

 Optifill取水分配器

（相关内容来源于网络）

       随着科技的发展，气体发生器行业竞争激烈，各式各样功能的气体发生设备应运而生，成为实验室科研等领域重要的一员。零级空气发生器是一种净化空气源的装置，通过对压缩空气中的总碳氢化合物进行催化裂解产生低于0.1ppm碳氢化合物的零级空气，在含有铂钯载体的加热催化器中碳氢化合物被转化为二氧化碳和水蒸气。什么是零级空气？

       零级空气是一种常见的气体混合物，它的主要成分由氧和氮组成。零级空气中一般要求总烃含量小于2×10-6、水分含量小于5×10-6。零级空气可采用不同的方法脱除干燥空气中的二氧化碳和其他痕量杂质(如烃类、水分、氮氧化合物等)获得。

       零级空气也可采用高纯氮和高纯氧按规定的比例O2／N2：20／80配制而成。零级空气主要用作气相色谱仪载气或氢火焰离子化色谱仪的助燃气；用于配制标准混合气；也可用来校准分析仪器的零点，其中所含的待测成分和对测定有影响的干扰物质的总量应低于仪器指示满刻度的0.1％以下。

       零级空气发生器为GC-FID、FPD、NPD 等提供助燃气，还可用于LC/MS中的喷雾气和辅助气，总碳分析仪中的助燃气。英国普拉勒是实验室气体发生器行业的主要供应商，欧洲（英国）和亚洲（北京）地区两大生产基地，超过十几年的实验室气体发生器产品研发和制造历史，其生产的零级空气发生器具有哪些特点？

普拉勒零级空气发生器工作原理

普拉勒零级空气发生器Zeroair-1000主要技术参数：
1. 输出空气相对碳氢浓度（如甲烷）：<0.1PPM
2. Z大输入空气相对碳氢浓度（如甲烷）：<100PPM
3. Z大输入空气压力：0~0.6Mpa
4. Z大输出流量：1000ml/min
5. 供电电源：220V±10% 50~60Hz
6. 消耗功率：150W
7. 工作温度：450-500℃(出厂设定为450℃)
8. 使用环境温度：0-40℃
9. 使用环境湿度：<85% 
10. 外型尺寸：400×360×220（mm） 
11. 净重：约12 Kg
普拉勒零级空气发生器Zeroair-1000仪器特点：
仪器内部采用英国Peculiar硅橡胶圈(含硫量低)，有效提高气体质量，保证GC基线平稳。

       近年来实验事故频发，实验室安全越来越受到高校、科研工作者等的重视，实验室是智慧迸发的场所，许多重大科研结晶都是在实验室诞生，因此实验室的安全应严格落实到每个实验人员，部门的心里。

       氢气发生器作为制取氢气的一种空气发生器，通常与GC联用，主要由电解系统、压力控制系统、净化系统和显示系统组成。氢气在常温常压下，是一种极易燃烧，无色透明、无臭无味且难溶于水的气体，正因此如此，每个使用氢气发生器的操作人员更应谨慎地对待氢气发生器的使用环境，以确保实验的有序进行和实验室及人员的安危。

       普拉勒作为实验室气体发生器行业的主要供应商实验室气体发生器行业的主要供应商，其生产的高纯氢气发生器对实验室环境有哪些要求呢？下面列举几点希望能给大家做个参考。

普拉勒高纯氢气发生器运行环境要求

1.由于氢气的化学性质，显而易见，氢气发生器的实验场所要保持好通风，控制相应的气体浓度，以免对人员和实验室带来危险。

2.避免仪器处于高温和阳光的直射下引起仪器自燃带来潜在的危险，因此普拉勒高纯氢气发生器要做避光处理。

3.氢气发生器所处的工作台需要平稳，以免在运行的过程中产生振动影响实验的进行。

普拉勒高纯氢气发生器仪器特点

1、采用SPE固态电解质技术。

2、无需用碱，直接电解纯水有效的保护色谱柱。
3、采用英国Peculiar研发离子膜（ZL技术）；采用分子筛耐用干燥剂，使氢气纯化更加彻底，以产生纯度为99.9995% 的氢气，确保结果的重现性。
4、仪器内部采用英国Peculiar硅橡胶圈(含硫量低)，有效提高气体质量，保证GC基线平稳。
5、压力及流量均采用一体化微电脑的控制。
6、自动水位控制，当缺水状态时，自动停机，自动补水功能Hydrogen-500（S）水量低于15%时，由外置水箱自动补水，无需停机加水。有效保护电解池，延长使用寿命。

7、漏气自动检测。

8、紧凑设计，占用空间小。

 9、环保过滤器，安装，操作简单。

10、可满足任何型号任何厂商生产的GC的使用。

       2019年10月23-26日，第十八届北京分析测试学术报告会暨展览会(BCEIA 2019)在北京国家会议ZX内盛大开幕。实验室前处理设备主要供应商英国普拉勒携旗下，气体发生器、降噪设备、纯水设备精彩亮相，有着超过十几年的实验室前处理产品研发和制造历史，将持续为制药、食品、环保、生物、石化、烟草、出入境检验检疫、疾病控制、科研院所等分析实验室，提供理想的前处理系统解决方案;为用户提供优质服务的同时，不断为用户创造价值。

　　展台现场

　　实验室纯水

　　OmniaTap系统是小体积的纯水和超纯水是需求的Z佳选择它结合精密尺寸非常灵活，可以直接连接到自来水供应。

　　标准的OptiFill dispenser适合各行业的使用。人机工程学的形状使得它能够单手使用，不仅用于系统运行，还可对所有的质量参数进行监测。充分利用实验室空间。无论是墙上，还是实验台上或实验台下，都可以轻松安置，180°自由式取水方式/监测装置确保实验室容器的准确轻松的取用纯水，为您节省宝贵的实验室空间，超现代净化技术系统，降低了实验室运行成本。

　　下面将由来自普拉勒欧洲总部技术总监NICO先生带我们进一步了解

https://v.youku.com/v_show/id_XNDQxNzY1ODc0NA==.html?spm=a1z3jc.11711052.0.0&isextonly=1（复制此链接进行观看）

　　源于对高性价比产品的追求，我们不仅在实验室纯水领域有所建树，更在实验室气体领域占有一席之地，来源与欧洲的技术、出色的产品质量、wan美的售后服务、良好的市场口碑迅速在国内气体发生器市场快速发展。

　　普拉勒研发部门倾心聆听市场需求，为ZG实验室用户精心打造一系列新一代氢气发生器，氮气发生器，零及空气，更在2018年推出拳头产品新一代500E高纯氢气发生器可以连续可靠的产生纯度极高的氢气，纯度可达99.9999%，整个过程只需去离子水和供电，即可产生氢气，一次加水即可持续工作50天，极大降低了实验室成本，一经推出迅速被市场认可!

　　500E高纯氢气发生器  AIR-2000s零级空气发生器  300零级高纯氮气发生器

　　不断追求技术革新让我们的客户体验Z好的产品!

　　客户来自：

　　东南大学

　　南京大学

　　进出口检验检疫局

　　江苏洋河股份有限公司

　　关于英国普拉勒有限公司

　　PECULIAR (UK) INSTRUMENT TECHNOLOGY LIMITED 是实验室前处理设备(气体发生器、降噪设备、纯水设备)的主要供应商，欧洲(英国、德国)和亚洲(北京)地区三大生产基地，超过十几年的实验室前处理产品研发和制造历史，不断追求技术革新，其产品广泛应用于制药、食品、环保、生物、石化、烟草、出入境检验检疫、疾病控制、科研院所等分析实验室。为现代化的分析实验室提供理想的前处理系统解决方案。

 氢气发生器可连续可靠地产生纯度极高的氢气，纯度高达99%，整个过程只需去离子水和供电即可产生氢气，一次加水即可持续工作15天，较传统的制氢方法成本更低，同时也使得昂贵且危险的高压氢气钢瓶彻底告别实验室，除此之外，使用氢气发生器时，氢气可根据需要适时适量产生，保持氢气储存体积和安全性，可满足任何型号任何厂商生产的气相色谱仪的使用，凭借着其便捷、精度高、稳定、智能化、环保、节能、适用广等优势，氢气发生器越来越受到大家青睐。

　　随着国家对氢气发生器行业的重视，氢气发生器国产化进程的加快以及市场前景看好，整个行业仍将保持快速发展态势，氢气发生器的增长将会大幅度提高，这与设备大多配套采用新技术有关。该反应器配备有关闭部分，可用来阻断催化剂与燃料液体之间的接触，以及与燃料液体相接触的开口部分，因此可根据燃料箱内压力的升降来主动调整是否生成氢气或中止氢气生成。如今，在实验室气体供应领域，正面临着险峻的挑战和应用的转变，同时也面临着市场转变的机遇。供气系统技术的先进性决定了核心的竞争力，企业拥有了先进专业的技术，并配合其周到的客户服务，才能在众多的竞争者中脱颖而出。对于国产氢气发生器厂家而言，继续紧跟市场导向，坚持以市场需求为方向，以科学技术为支撑，注重人才的培养与服务的创新，不断提升企业自身品牌竞争力仍是未来发展方向。

　　在未来的发展中，氢气发生器还将以更快的速度向前发展，并有以下趋势：

　　1、型式多样化，变型设计多：摆脱了传统的单一的安装方式，独特的防返液装置，确保仪器绝无返液现象。

　　2、高水平、高性能：操作简便，安全可靠，一次性加碱，日常使用只需补充蒸馏水，启动电源开关即可产氢。

　　3、片式电解池：电解池片采用304加厚不锈钢材质制作，电解材料选用进口特制贵金属，有效的提高电解效率，恒定池体温度，促使电解池使用寿命大大提高。

       半导体制造技术作为信息时代制造的基础，堪比工业时代的机床，是整个社会发展的基石和原动力。在国际产业分工格局重塑的关键时期，我国也提出了《ZG制造2025》，以通过智能制造实现由制造大国向制造强国的转换。智能制造（工业4.0）的实现，以各种信息器件的使用为基础，半导体制造技术正是其制造的核心技术。
       而氢气作为半导体制造中的气源，在半导体材料及器件制备中起到至关重要的作用。可在光电器件、传感器、IC制造中应用。
       目前半导体工艺中氢气主要用于退火、外延生长、干法刻蚀等工艺。
       退火是通过高温加热释放材料内部应力从而改善材料质量的一种材料处理办法，氢气作为保护气可以起到防止氧化等作用，多用于薄膜生长后释放应力。
       氢气也可以应用在化学气相沉积（Chemical Vapor Depositon）薄膜生长。化学气相沉积是一种利用固态-气态反应、气态-气态反应生成薄膜的设备，如在CVD工艺中作为还原性气体制备二维材料MOS2、WS2等；等离子增强化学气相沉积（PECVD）工艺中作为还原性气体制备石墨烯、单晶硅、碳化硅等；电子回旋共振化学气相沉积（ECR-CVD）中作为反应气体在单晶硅衬底上制备金刚石薄膜；金属有机化学气相沉积（MOCVD）设备中作为载气制备光电材料GaN、AlGaN等。同时氢气也可以在原子层沉积（Atomic Layer Deposition）中使用。
       氢气在等离子体刻蚀（RIE/ICP）中作为反应气体出现，等离子体刻蚀原理是利用反应气体离化后与材料发生反应生成挥发性物质，从而实现材料图形化，是半导体器件制备的必备工艺。
       普拉勒氢气发生器目前已大量应用在以上工艺中，为半导体材料及器件制备提供Z好的气源。

       普拉勒Z新打造拳头产品:大流量高纯氢气发生器Hydrogen-17L可与普拉勒超纯水机联用，由超纯水机制取二级水，并储存至水箱备用。氢气发生器缺水时，自动供给至氢气发生器。多台氢气发生器可串联使用，通过串联控制线由一台发生器控制其他发生器，实现产气均匀分配。（以两台设备为例控制图如下）

大流量高纯氢气发生器Hydrogen-17L主要技术参数

◎ 氢气纯度： 99.999-99.9999% 

◎ 氢气流量：1m³ /h 

◎ 输出压力：0-80psi（约0.5MPa） 

◎ 压力稳定性：< 0.001MPa 

◎ 供电电源：220V±10% 50HZ 

◎ 消耗功率：8kw 

◎ 纯水需求：＞2MΩ&1L/h

◎ 氢气容积：＜20L 

◎ 环境温度：1-40℃ 

◎ 相对湿度：<85% 

◎ 海拔高度：＜2000米 

◎ 外形尺寸：80x90x100（WxDxH cm） 

◎ 净重：约200kg

仪器特点

◎ 仪器的全部工作过程均由程序控制，自动恒压、恒流，通过串联控制线，可实现多组并联使用。 

◎ 使用固态电解质（PEM）法产生氢气，以超纯净水原料，以固体聚合物为电解质，贵金属 做电极有效的除湿装置，降低了原始湿度，纯度稳定。 

◎ 操作方便使用时只需打开电源开关即可产氢，使用后无需泄压，直接关闭电源即可。可连续使用，也可间断使用，产氢量稳定不衰减。 

◎ 安全可靠：配有安全装置，电解超纯水制氢，无腐蚀、无污染，配有压力控制，缺水自动监控，漏气自动检测。 

◎ 配备纯水系统，完成自来水进水完成大流量的氢气制备

一、简介：

锰是炼钢过程中Z主要的脱氧剂、脱硫剂及合金剂之一，硅是生铁和碳钢中仅次于锰的Z重要的合金元素。而大量的锰和硅都是以硅锰合金的形式添加到钢液中的，用以优化钢的组织结构，进而提高钢铁产品的机械性能。因此准确测定硅锰合金中元素含量十分必要，这不仅关乎炼钢生产成本，更关乎钢铁产品质量能否满足客户需要。硅锰合金中锰、硅、磷等元素含量的测定通常采用的是化学湿法分析或者ICP分析，耗时且操作繁琐，需用大量化学试剂，检测过程中因产生酸气及废液而污染环境，既难以满足批量快速检测要求，也不符合钢铁企业绿色环保要求。Ｘ射线荧光光谱法（XRF）测定范围宽，精度高，检测速度快等，可定量分析固体、粉末和液体试样中多种元素，已经成为一种广泛应用于钢铁冶金原料和产品重要的化学成分检测技术。XRF分析采用常规低压压片制样，制样简便、快速，但无法消除样品粒度和矿物效应，且检测过程中容易掉粉，影响检测结果，损坏仪器的X光管；而硼酸盐熔融制样技术可很大程度地消除样品矿物效应和基体效应，但由于铂金坩埚在高温熔融状态下易被合金侵蚀，导致使用成本过高。而某钢厂采用瑞绅葆UHPS超高压压样机直接压片，同时进行主量元素和杂质元素快速检测，简化试验步骤，降低劳动强度，避免了污染，获得了令人满意的结果。制样方法如下：

二．制样设备及工具

1.压样设备

瑞绅葆超高压压片机：UHPS型超高压制样系统

2.样品杯

聚乙烯样品杯（下面简称PE杯）

3.研磨设备

PrepM-01系列盘式振动研磨机

三．样品制备

在100ml的铬钢磨盒中，放入3/1的硅铁，采用PrepM-01振动磨，设定1200转/分钟（rpm），启动振动磨，研磨3min至样品颗粒≤75μm（即可过200目筛子），倾倒出样品待用。

将样品平铺在选好的PE杯中（所需样品量为刚好盛满整个模具），将盛满样品的模具轻轻放入UHPS压样机的样品台凹槽以免样品溅出（放入样品前请确保样品台台面的清洁）。放入样品后盖上碳化钨垫片，用手指将垫片按进样品槽里面，保证碳化钨垫片的上表面不能超出模具的上表面，同时关闭保护门，启动程序。设定UHPS压样机的参数为压力2000KN，保压时间20S，排气时间6S，点击启动，自动开始保压，保压到时后，自动泄压，自动出样，取下模具盖，拿下样片。

四．结论

选取了多个标样和试样压制成样片后应用XRF进行分析测定，并将同一样片经过四次检测结果进行对照，同时和常规低压压片制样（40T）做了对比，部分结果见下表。表中结果可以看出无论不同样片还是同一样片都有较好的精密度；且测定值与标准值有较好的一致性，其分析准确度在国标规定的允差范围内，完全能够满足日常生产检验的需要。样品不需要预处理，无需添加其他化学试剂，一个试样制样压片只需要短短几分钟，经济、简便且不污染环境。

氢气发生器在使用过程中遇到的问题有两个比较常见，一.可靠性难以保证，二.安全性存在问题。其可靠性难以保证具体表现在有部分发生器的纯度不够，氢气中含水量高而且还带有一定的腐蚀性，如果操作不当会有返液现象发生。 　　上述情况会造成色谱仪不容易稳定及色谱柱柱效降低等现象，严重时可使气路及色谱柱报废，甚至导致色谱仪全部报废。其次，使用过程中安全性存在问题，有部分气体发生器压缩机在使用过程中会产生过热、气路进油、漏电等现象。不仅对色谱仪造成损害，严重时会危及操作人员生命安全。 　　因为色谱仪使用高纯氮或高纯氢做载气，为了应对上述问题，我们从氢气发生器、氮气发生器和空气压缩机安全可靠性三方面总结几点经验供大家参考。空气作为辅助气，其纯度要求不高，经过脱水除油后基本上能满足色谱仪分析要求。 　　首先，氢气发生器主要由电解系统、压力控制系统、净化系统和显示系统组成。 　　电解采用目前膜分离技术，由红外光电反馈装置与开关电源组成的压力控制系统，使氢气的发生量根据输出的需要自动调整，维持输出流量和压力的稳定。 　　采用这种原理产生的氢气存在的主要的问题有： 　　1.加KOH水溶液的氢发生器所产生的氢气中含水量高且带有一定腐蚀性，容易造成色谱仪调试不稳定，一旦长时间使用该氢气做载气必然造成色谱柱柱效降低。 　　2.利用该原理产生的氢气如果长时间使用，会造成严重的返液现象。为了防止返液，厂家设计了各种装置来尝试解决这个问题。毕竟它还是要加液的，一旦防返液的装置出现故障就会造成气路及色谱柱报废，严重的甚至可能导致气相色谱仪全部报废。 　　3.气体的纯度大多没有经过检测，虽然可以通过基线和柱子使用寿命判断其纯度，结果却是给色谱柱造成不必要的损失。所以，氢气作为辅助气还行，做载气纯度不够。在选择氢气发生器时优先考虑质量有保证的厂家。

气相色谱的使用过程中，氢气的用途主要有以下几种：

一方面使用氢气作为气相色谱分析的载气，进行样品分离和分析；

另一方面，当使用毛细柱进行分析时，一般需要使用与载气相同的气体作为尾吹气；

再则，使用FID、FPD和NPD做检测器时候，需要使用氢气作为燃气，和空气燃烧以提供火焰；此外，当仪器使用转化炉时候，需要额外的氢气用作反应气体和CO、CO2发生反应生成甲烷。

常用的氢气供给方式包括使用钢瓶氢气和使用氢气发生器来提供。

钢瓶氢气需要向气体供应商购买；氢气发生器的种类、原理和结构多种多样，从原理上来讲都属于电解制氢，详细的来讲一般分为三种，区别在于电解槽的类型，即：碱性电解槽、基于离子交换技术的聚合物薄膜电解槽和固体氧化物电解槽。

在实验室中，使用的一般是碱性电解槽制氢和聚合物薄膜电解槽制氢两种。

【引言】

HH合金具有较高的Seebeck系数和电导率。然而，它们具有非常高的热导率，这是在这些材料中实现高的热电品质因数值（ZT）的瓶颈。近十年来，在等原子或近等原子成分中使用多主元素的高熵合金逐渐受到重视。高熵合金具有很好的热电应用，或许能解决HH合金在应用中出现的问题。

【成果介绍】

Anirudha Karati等人首次采用真空电弧熔炼（VAM）和球磨（BM）相结合的方法合成了具有half-Heusler（HH）结构的单相高熵合金Ti2NiCoSnSb。BM步骤是获得单相的必要步骤。局部电极原子探针（LEAP）分析表明，元素在HH相中均匀随机分布，无聚集倾向。在VAM合金上进行1h的BM，得到了以微量Sn为第二相的微晶合金。当BM进行5h时，以纳米晶的形式实现了单HH相的形成。然而，当BM样品进行放电等离子烧结（SPS）时，一次相分解形成了第二相。利用Linseis LSR-3测量塞贝克系数和电导率，结果显示纳米结构导致S和σ同时随温度的升高而增加。在860 K下，微晶（1h BM-SPS）和纳米晶（5h BM-SPS）合金的功率因数（S²σ）分别为0.57和1.02 mWm^-1K^-2。微晶样品的总热导率与大块TiNiSn样品相似。在860k时，纳米晶合金的ZT为0.047,微晶合金的ZT为0.144。

【图文导读】

图1：（a）X射线衍射图，（b）VAM-Ti2NiCoSnSb合金的Rietveld图，（c）三相铸造合金的EDS元素图。

图2：X射线衍射图（a）1h-BM和1h-BM-SPS合金，（b）5h-BM和5h-BM-SPS合金的，（c）放大5h-BM合金中没有显示Sn峰的区域，（d）5h-BM合金的Rietveld细化图。

图3：（a）5h BM合金中纳米晶的HR-TEM图像。插图证实了晶体的单晶性质，（b）5h BM合金的（200）晶面，（c）在（b）中选择区域的FFT，显示该区域的SADP，（d）在（c）中选择点的逆FFT图像，显示晶格条纹，（e，f）与（d）中所示区域相对应的晶格。

4：毛胚铸件、1h BM-SPS和5h BM-SPS样品的（a）Seebeck系数，（b）电导率和（c）功率因数随温度的变化（加热和冷却循环）。每个数据点为3次测量取平均值。误差段已标出。

图5：（a）总热导率，（b）电子热导率，（d）晶格热导率和（d）Ti2NiCoSnSb合金的热电性能品质因数（ZT）。

图6：对铸态合金的APT分析表明：（a）元素映射没有偏析，（b）成分剖面显示了圆柱体的成分均匀。

图7：对5h BM-SPS合金的APT分析表明：（a）元素映射没有偏析，（b）成分剖面显示了圆柱体的成分均匀。

【结论】

本文报道了一种具有热电应用的新型half-Heusler高熵合金的合成。由于加入大量元素而产生的高熵效应有助于避免获得单相所需的较长退火时间。对HH相进行的LEAP分析证实了合金中的完全固溶性。在860 K下，1h BM-SPS样品的ZT值为0.144。由于5h BM-SPS样品中TiC的体积分数较大，在860k时，其ZT值为0.047。本研究中观察到的一个有趣现象是，纳米结构和第二相可导致S和σ同时随温度的升高而增加的理想行为。这使获得更高功率因数值成为可能。

（来源：林赛斯（上海）科学仪器有限公司）