Hydrogen occupation and hydrogen-induced volume expansion in Fe0.9Ni0.1Dxat highP-Tconditions

中子衍射 四方晶系 合金 材料科学 晶体结构 分析化学(期刊) 结晶学 化学 冶金 原子物理学 物理 有机化学 色谱法
作者
Chikara Shito,Hiroyuki Kagi,Sho Kakizawa,Katsutoshi Aoki,Kazuki Komatsu,Riko Iizuka-Oku,Jun Abe,Hirioyuki Saitoh,Asami Sano‐Furukawa,Takanori Hattori
出处
期刊:American Mineralogist [Mineralogical Society of America]
卷期号:108 (4): 659-666 被引量:4
标识
DOI:10.2138/am-2022-8348
摘要

Abstract The density of the Earth’s core is several percent lower than that of iron-nickel alloy under conditions of pressure and temperature equivalent to the Earth’s core. Hydrogen is one of the most promising constituents accounting for the density deficit, but hydrogen occupation sites and density decrease of iron-nickel alloy caused by hydrogenation have never been investigated. In this study, the phase relation and crystal structure of Fe0.9Ni0.1Hx(Dx) at high pressures and temperatures up to 12 GPa and 1000 K were clarified by in situ X-ray diffraction and neutron diffraction measurements. Under the P-T conditions of the present study, no deuterium atoms occupied tetragonal (T) sites of face-centered cubic (fcc) Fe0.9Ni0.1Dx, although the T-site occupation was previously reported for fcc FeHx(Dx). The deuterium-induced volume expansion per deuterium vD was determined to be 2.45(4) and 3.31(6) Å3 for fcc and hcp Fe0.9Ni0.1Dx, respectively. These vD values are significantly larger than the corresponding values for FeDx. The vD value for fcc Fe0.9Ni0.1Dx slightly increases with increasing temperature. This study suggests that only 10% of nickel in iron drastically changes the behaviors of hydrogen in metal. Assuming that vD is constant regardless of pressure, the maximum hydrogen content in the Earth’s inner core is estimated to be one to two times the amount of hydrogen in the oceans.
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