新能源材料（华东理工出版社）
第一部分前言、概述和锂离子电池
相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源枯竭（特别是化石能源）具有重要意义。
新能源材料是指支撑新能源发展，具有能量储存和转换功能的功能材料或结构的功能一体化材料。
能源按其形成方式分为一次能源和二次能源。
一次能源包括以下三大类：
1)来自地球以外天体的能量，主要是太阳能；
2)地球本身蕴藏的能量、海洋和陆地内储存的燃料、地球的热能等；
3)地球与天体相互作用产生的能量，如潮汐能。
能源按照其循环方式分为不可再生能源（化石燃料）和可再生能源（生物质能、氢能、化学能源）；按照使用性质可分为含能体能能源（煤炭、石油等）和过程能源（太阳能、风能等）；按环境保护要求可分为清洁能源（太阳能、氢能、风能、潮汐能等）和非清洁能源；按现阶段的成熟程度可分为常规能源和新能源。
主要的八种新能源：太阳能、氢能、核能、生物质能、化学能源、风能、地热能、海洋能。对应的八种新能源技术：太阳能利用技术；氢能利用技术；核电技术；化学电能技术；生物质能应用技术；风能，海洋能与地热能应用技术；潮流能利用技术；地热能技术。
新能源材料作用：
1)新材料把原来习用已久的能源变成新能源；
2)新材料可提高储能和能量转化效果；
3)新材料决定了新能源的性能和安全性能；
4)材料的组成、结构、制作和加工工艺决定着新能源的投资和运行成本。
新能源材料的任务和面临的课题：
1)研究新材料、新结构、新效应从提高能量的利用效率；
2)资源的合理应用；
3)安全与环境保护；
4)材料规模生产的制作与加工工艺；（要求大量生产，大成品率，高劳动生产率，材料及
部件的质量参数异质、可靠性、环保及劳动保护，低成本。）
5)延长材料使用寿命；
锂离子电池的电池参量：
1) 电压 开路电压：ψ正-ψ负 锂电池为3.6～4.OV ，铅酸蓄电池为12V 。 工作电压：负载后的放电电压。 E 理论>E 开路>E 工作
锂具有较低的电极电位-3.045V 。
2) 放电容量 电池放电时释放出来的电荷量，单位为A ·h 。且有1A ·h=3600C 。 目前锂离子电池的容量为2550mA ·h 。
欧姆内阻——符合欧姆定律
3) 内阻
极化内阻
电化学极化：由于氧化还原速率小于电子迁移速率而引起的极化； 浓差极化：由于离子扩散速率小于电子迁移速率而引起的极化；
4) 电化容量 单位质量或体积所能释放出的电量，单位为mA ·h/L 或mA ·h/Kg. (涉及相关的公式：Q=znF=It 或者Q/m=zF/M)
5) 循环寿命 电池在完全充放电循环进行，直到容量降低为初始的75%的次数即为循环寿命。
6) 放电平台 Li 电池完全充电后，放电至3.6V 时容量为C 1,放电至3.0V 时为C 0，那么C 1/C 0称为放电平台。（关系到手机通话时声音清晰度），改平台越宽越好！
7) 自放电 电池完全充电后，放置一个月，用1C 放电至3.0V ，容量记为C 2，初始记为C 0,那么(1-C 2)/C 0则为电池一个月的自放电，行标应小于12%
8) 放电速率 表示放电快慢的一种量度，例如1C 放电，即为所用的容量1h 放电完毕；5h 放电完毕，则称C/5放电。≧1C 为大电流充放电；≦0.1C 时为小电流充放电。 9) 记忆效应 放电时，会形成次级放电平台，电池会把该平台作为下次放电点（针对镍镉电池）
消除记忆效应的方法：采用小电流深度放电；采用大电流充放电几次。
锂离子电池的工作原理：
锂离子电池由正电极、负电极、电解质、隔膜和外部控制电路组成。在充电时锂离子从正极中脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入到负极晶格中，同时得到由外电路从正极流入的电子。放电时，锂离子从负极中脱嵌，通过电解质和隔膜，又嵌入到到正极中，正好与充电过程相反。
正负极材料一般均为嵌入化合物，这些化合物的晶体结构中存在着可供锂离子占据的空位。例如，LiCoO 2和石墨为具有二维通道的层状结构的典型嵌入化合物，以这两种正负极活性材料组成的锂离子电池的充电时反应式为：
正极：LiCoO 2 Li 1-x CoO 2+xLi ++xe -
负极：C+xLi + + xe - Li x C
电池总反应：LiCoO 2+ C Li 1-x CoO 2+ Li x C
锂离子电池特点：
1)工作电压高，达到3.6V，相当于3节Ni-Cd或Ni-M x H电池；
2)能量密度高，锂离子电池质量比能量是镍镉电池的四倍，镍氢电池的两倍；
3)能量转换效率高，锂离子电池能量转换率达到96%，镍镉电池为55%～75%，镍氢电池为
55%～65%；
4)自放电率小，锂离子电池自放电率小于2%/月；
5)循环寿命长；
6)具有高倍率充放电性；
7)无任何记忆效应，可以随时充放电；
8)不含重金属及有毒物质，无环境污染，是真正的绿色电源；
用嵌入化合物的优点：锂为最轻的金属；具有最负的标准电极电位；
用嵌入化合物的缺点：会形成钝化膜；容易长支枝晶，造成电路短路；
锂离子电池负极材料的要求具有的性能：
1)嵌锂后，要求氧化还原电位尽可能接近锂的电位，从而使电池有较高的输出电压；
2)在基体中大量的锂能够发生脱嵌和嵌入的过程以得到高容量密度，即使可逆的x值尽量
大；（当量重量轻，即重量比能量大）
3)脱嵌和嵌入过程可逆性要好，确保良好的循环性能；
4)氧化还原电位随x的变化应该尽可能小，保证充放电的稳定
5)具有良好的导电性，使得欧姆内阻较小；
6)主体材料机械性能好，具有良好的表面结构，能够与液体电解质形成良好的SEI膜；
7)跟电解液化学相容，且热力学稳定，即要求形成SEI膜后不与电解质等发生反应；
8)锂离子在主体材料中要有较大的扩散系数，使得极化内阻小；
9)从实用角度来说，主体材料要求便宜，对环境无污染；
石墨与石墨层间化合物做负极材料的优点：
1)层状结构，利于锂的嵌入与脱嵌；
2)嵌锂后，氧化还原电位与Li的氧化还原电位基本相同；
3)其化学稳定性高；
同时还有：
4)嵌锂容量高；
5)嵌锂电位低且平坦
6)容量收溶剂影响程度大，与有机溶剂相容差。
对于石墨类负极材料而言，其充放电机理就是形成石墨层间化合物，最多可达到LiC6,其理论容量为372mA·h/g。
SEI层（固态电解质界面膜），优点在于，其保持只有Li进入石墨层间。缺点：石墨片面容易发生剥离，循环性能不是很理想，因此要改性。
锂离子电池中用到三种与C有关的负极材料：
1)石墨及石墨化碳：天然及人工石墨、碳纤维、
介稳相碳小球（MCMB）；改性石墨主要用在高能量密度锂电池中；
2)非石墨化碳（软碳类）：软碳（部分石墨）、焦炭
软碳目前还没有得到应用；
3)硬碳（无序化碳材料）：PFA-C（聚糠醇树脂碳）、热解PAS、PPS
线形石墨共混物（LGH）
硬碳类主要用在高功率的锂离子电池中。
锂离子电池正极材料的选择要求：
1)金属离子Mn+在嵌入化合物Li x M y X z中应有较高的氧化还原电对，从而使电池的输出电压
较高；
2)在嵌入化合物Li x M y X z中大量的锂能够发生可逆嵌入和脱嵌，即使可逆X较大；
3)在嵌入和脱嵌的过程，锂离子的嵌入和脱嵌应可逆并且主体结构没有或很少变化，这样
确保有良好的循环性能；
4)氧化还原电位随x的变化应该尽可能少，这样电池的电压不会发现显著变化，可保持平
稳的充放电；
5)嵌入化合物要有较好的电子电导率和离子电导率，这样可以减少极化并能进行大电流充
放电；
6)嵌入化合物在整个电压范围内具有良好的化学稳定性，在形成SEI膜后不与电解质等发
生反应；
7)锂离子在电极材料中要有较大的扩散系数，便于快速充放电；
8)从实用角度而言，主体材料应该便宜，对环境无污染；
锂离子电池两级材料要求共同具备的条件：（这五点比较重要！）
1)有层状或隧道的晶体结构，晶体结构稳定，在充放电电压内稳定
2)较可能多的Li+的嵌入和脱出；
3)Li+脱嵌时，要有较小的自由能变化，决定有平稳的放电平台；
4)Li+要有较大扩散系数，使得电池较快、较好充放电；
5)分子量小，提高能量密度，摩尔体积小，提高体积能量密度；
锂离子正极材料关注焦点为：正极材料的制备方法：
1)材料种类；高温固相法，＞700℃
2)制备、处理；低温合成法
3)材料结构特征；溶胶-凝胶法
4)材料的电化学特性；沉淀法
5)充放电循环时正极材料结构稳定性；
LiCoO2正极材料：（贵）
二维层状结构，六方晶系，锂离子和钴离子交替占据层间的八面体空隙；
LiCoO2为半导体，室温下电导率为10-3S/cm,电子电导占主导作用，锂在LiCoO2中的室温扩散系数为10-7～10-9cm/s,理论比容量为274mA·h/g;
主要制备方法为固相反应法（制备困难）；反应式为：LiCoO2＝Li1-x CoO2+xLi++xe-；
脱出态的Li1-x CoO2有较高的氧化性，会导致电解液分解和集流体腐蚀，以及电极材料结构的不可逆相变，为了保持材料的良好循环性能，要使得Li1-x CoO2中X值为0≤X≤0.5；
主要存在问题是充电条件下安全性低、循环性差，目前主要靠掺杂和表面修饰来解决；
LiNiO2正极材料：（便宜）
LiNiO2具有和LiCoO2相同的层状结构，但局部的NiO6是扭曲的；
Li+在Li0.95NiO2的化学扩散系数达到了2×10-11m2/s（x值较大），可逆容量为150～200mA·h/g;
困难处：制备电化学性能良好且具有化学计量结构的LiNiO2条件苛刻，而且在充电时Ni容易进入Li层，阻碍了锂离子的扩散，并且随着Li缺陷的增加，电极电阻升高，使材料的可逆比容量降低，循环性变差。在过充电时容易发生分解，释放出氧气和大量的热，存在安全性问题。（通过掺杂Mg、Ti、Co改性）
LiMnO2正极材料：（了解）
层状的LiMnO2会在循环过程向稳定尖晶石结构转变，引起循环性能恶化，故研究较少；
LiMn2O4正极材料：（最便宜）
LiMn2O4为尖晶石结构。锂占据1/8四面体，空的四面体和八面体通过共面与共边相互连接，形成锂离子扩散的三维通道。锂离子在尖晶石中的化学扩散系数在10-14～10-12m2/s。LiMn2O4理论容量为148mA·h/g，实际容量约为120mA·h/g;
锂离子从尖晶石LiMn2O4中脱出分为两步进行，锂离子脱出一半发生相变，形成Li0.5Mn2O4对应于低压放电平台；进一步脱出，在0＜x＜0.1时，形成了γ-MnO2和Li0.5Mn2O4两相共存，对于充放电曲线的高电压平台。锂离子完全脱出时，晶胞体积变化只有6%，因此该材料具有较好的结构稳定性。
3V时的脱嵌和嵌入，存在着立方体LiMn2O2和四面体Li2Mn2O4的相转变。由于还原生产的Mn3+的Jahn-Teller效应，足以使得表面的尖晶石粒子发生破裂，粒子与粒子间的接触发生松弛，在1≦x≦2范围内，不能作为理想的3V锂离子电池材料。
LiMn2O4存在着的问题是高温循环和储存性能差的缺点，原因是存在深放电和高倍率充电状态下，3.0V电压区间易形成Li2Mn2O4。在高电位下，电解液会氧化分解产生酸性的产物，该产物会浸蚀Li2Mn2O4，从而引起Mn的溶解，造成缺陷尖晶石的产生，进一步恶化材料的电
化学性能，因此猛的溶解是Li2Mn2O4容量损失的主要原因。目前较多的为Al2O3包覆，材料的高温循环性和安全性大大提高。
优点：Mn在自然界中资源丰富，成本低，材料合成工艺简单，热稳定性高，耐过充性能好，放电平台高，动力学性能优异，对环境友好，目前在大容量动力型锂离子电池中得到应用。
LiMPO4(M=Mn、Fe、Co、Ni)橄榄石结构正极材料：
电子电导率和扩散系数较低是该材料的主要问题；采用掺杂和金属粉末表面包覆来提高材料的点接触性质。
缺点：室温下电导率小，内阻大，易发热，爆炸风险。
LiFePO4的优点：成本低，资源丰富，结构稳定，热稳定性高。
锂离子电解质材料要求具备的性能：
1)锂离子电导率高，一般应达到10-3～10-2S/cm;
2)电化学稳定性高，在较宽的电位范围内保持稳定（电化学窗口大）；
3)与电极兼容性好，在负极上能有效地形成稳定的SEI（固态电解质界面膜）
膜，在电极上在高电位条件下有足够的抗氧化分解能力；
4)与电极接触良好，对液体电解质而言，应能充分浸润电极；
5)低温性能良好，在较低温度范围（-20～20℃）能保持较高的电导率和较低
的黏度，以便于充放电过程中保持良好的电极表面浸润性；
6)宽的液态范围；
7)热稳定性好，在较宽的温度范围内不发生热分解；
8)蒸汽压低，在使用范围内不发生会发现象；
9)化学稳定性好，在电池长期循环和储备过程中，自身不发生化学反应，也不
与正极、负极、集流体、粘结剂、导电剂、隔膜、包装材料、密封剂等材料发生反应；
10)无毒，无污染，使用安全，最好能生物降解；
11)制备容易，成本低；
12)最大可能的促进可逆反应
非水有机液体电解质：
1.电解质锂盐：（分为无机锂盐和有机锂盐）
常用且稳定的锂盐为：LiPF6（六氟磷酸锂）；目前有希望代替LiPF6的是LiBOB,其分解温度在320℃，电化学稳定性高，分解电压大于4.5V，能在大多数常用有机溶剂中有较大溶解度。
2.非水有机溶剂：碳酸酯类、醚类、羧酸酯类
具备以下特点：①不与金属锂发生反应，必须是非质子溶剂；②极性高（介电常数大），粘度低；③熔点低，沸点高，蒸汽压低，工作范围稳定；
通常采用混合溶剂来弥补各组分的缺点，例如采用（EC+DMC）、（PC+DEC）链酯和环酯。
碳酸酯类：碳酸丙烯酯（PC）、碳酸乙烯酯（EC）等。
碳酸酯类溶剂具有较好的化学、电化学稳定性，较宽的化学窗口，因此在锂离子电池中得到较广应用。其他两种了解为主。
3.功能性添加剂：
改善SEI电极膜性能添加剂；过充电保护添加剂。引申出两点：SEI膜作用以及过充损害。SEI膜作用：锂离子电池在首次充放电过程中不可避免都要在电极与电解液界面上发生反应，在电极表面形成一层钝化膜和保护膜。该保护膜主要由烷基酯锂、烷氧锂和碳酸锂等成分组成。其具有固体电解质的性质，只允许锂离子自由穿过，实现嵌入和脱出，同时对电子绝缘。阻止溶剂分子的共嵌入，避免电极也电解液的直接接触，从而抑制了溶剂进一步分解，提高了锂离子电池的充放电效率和循环寿命；
过充损害：①过充电时正电极处于高氧化态，溶剂易氧化分解，产生大量气体，电极材料可能发生不可逆结构相变；②负极可能析出锂与溶解发生化学反应，存在安全隐患；③正极氧缺陷，导致容量降低；④自放电小部分不可逆；⑤界面的形成；
集流体为什么负极用铜箔而正极用铝箔？
①采用这两者是因为导电性好，质地软，廉价，同时两者能形成一层氧化物保
护膜；
②铜表面氧化层属于半导体，电子导通，氧化层太厚，阻抗大；铝表面氧化层
属于绝缘体，薄时可通过隧道电子电导，太厚绝缘；
③正极电价高，铝箔氧化层非常致密，防止集流体氧化，铜箔氧化层较松，为
防止其氧化，电位比较好。Li难与Cu形成合金，会与氧化铜发生嵌合，而铝箔不能作负极，低电位下会发生LiAl合金化；
④集流体要求成分纯。Al不纯会导致表面膜不致密而电腐蚀形成LiAl；
（锂离子电池的生产流程和锂离子电池发展趋势，参照课本P72-75）
第二部分：储氢材料以及燃料电池
储氢材料：在适当的温度和压力下，大量可逆吸收和释放氢的材料称为储氢材料，又称贮氢材料。
储氢材料分类：金属（或合金）储氢材料、无机非金属储氢材料、络合物储氢材料、有机液体储氢材料
储氢合金的分类（按化合物类型）：AB5型稀土类及钙系储氢合金、AB2型Laves相储氢合金、AB型钛系储氢合金、A2B型镁系储氢合金、V基固溶体型；
储氢合金的分类（按合金系统）：稀土贮氢合金、钙系贮氢合金、钛系贮氢合金、镁系贮氢合金、锆系贮氢合金；
实用的储氢合金应具备如下条件：
（1）吸氢能力大，即单位质量或单位体积储氢量大。
（2）金属氢化物的生成热要适当，如果生成热太高，生成的金属氢化物过于稳定，释氢时就需要较高温度；反之，如果用作热储藏，则希望生成热高。
（3）平衡氢压适当。最好在室温附近只有几个大气压，便于储氢和释放氢气。且其p-C-T曲线有良好的平坦区，平坦区域要宽，倾斜程度小，这样，在这个区域内稍稍改变压力，就能吸收或释放较多的氢气。
（4）吸氢、释氢速度快。
（5）传热性能好。
（6）对氧、水和二氧化碳等杂质敏感性小，反复吸氢、释氢时，材料性能不致恶化。
（7）在储存与运输中性能可靠、安全、无害。
（8）化学性质稳定，经久耐用。
（9）价格便宜。
储氢合金的常用的制备方法：
高频感应熔炼法、机械合金化法、燃烧合成法、还原扩散法等。（举一例说明）
1.高频感应熔炼法：储氢合金大多采用冶炼的方法制造, 即将原料按原子比投料, 采用感
应炉熔炼成合金锭, 再机械粉碎, 通过控制粉碎条件得到具有一定粒度的粉末。一般在惰性气氛中进行，通过高频电流流经水冷铜线圈后，由于电磁感应使金属炉料内产生感
应电流，感应电流在金属炉料中流动时产生热量，使金属炉料加热和熔化。该法由于电磁感应的搅拌作用，熔液顺磁力线方向不断翻滚，使熔体得到充分混合而均质地熔化，易于得到均质合金。
2.机械合金化法（高能球磨技术）：将欲合金化的元素粉末以一定的比例，在保护性气氛
中机械混合并长时间随球磨机运转，利用球磨机的转动或振动使硬球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌。粉末间由于频繁的碰撞而形成复合粉末，同时发生强烈的塑性变形；
具有层片状结构的复合粉末因加工硬化而碎裂，碎裂后的粉末露出的新鲜原子表面又极易再发生机械复合；合金粉末周而复始地复合、碎裂、再复合，组织结构不断细化，最终达到粉末的原子级混合而形成合金。
3.燃烧合成法（简称CS法）：又称自蔓延高温合成法（SHS法），是1967年由前苏联科学
家在研究钛和硼粉压制样品的燃烧烧结时发明的一种方法。它是利用高放热反应的能量使化学反应自发地持续下去，从而实现材料合成与制备的一种方法。
如：氢化燃烧合成法制备镁镍储氢合金
在高压氢气气氛下,直接从金属Mg、Ni 混合粉末(或压坯) 合成高活性镁镍氢化物。它充分利用了合成过程中反应物Mg、Ni 和H2 反应本身放出的热量来推动反应的进一步完成,属于一种自放热的固相反应：
镍氢电池工作原理（P8）
金属氢化物镍电池的正极活性物质采用氢氧化镍，负极活性物质为储氢合金，电解液为碱性水溶液（如氢氧化钾溶液）。充电时，储氢合金作为阴极电解KOH水溶液时，生成的氢原子在材料表面吸附，继而扩散入电极材料进行氢化反应生成金属氢化物MH x；放电时，金属氢化物MH x作为阳极释放出所吸收的氢原子并氧化为水。可见，充放电过程只是氢原子从一个电极转移到另一个电极的反复过程。其基本的电极反应为：
正极：
负极：
电池总反应：：
镍氢电池具有如下优点：
（1）有较高的比能量，能量密度为Ni-Cd电池的1.5倍；
（2）无镉的公害，不污染环境；
（3）良好的耐过充、放电性能；
（4）充放电速度快，记忆效应小；
（5）主要特性与Ni／Cd电池相近，可以互换使用；
（6）维护简单，使用方便，安全等。
储氢合金电极材料的主要特征（P11）：
1)储氢合金的可逆储氢容量较高，平台压力适中（0.01～0.05MPa）,对氢的阳极氧化具有
良好的电催化性能；
2)在氢的阳极氧化电位范围内，储氢合金具有较强的抗氧化性能；
3)在强碱性电解质溶液中，储氢合金组分的化学状态相对稳定；
4)在反复重放电循环过程中，储氢合金的抗粉化性能优良；
5)储氢合金具有良好的电和热的传导性；
6)合金成本相对低廉。
AB5型混合稀土系储氢合金的表面改性处理方法（P18）:
1)表面包覆处理
化学镀采用化学镀的方法在储氢合金粉体表面包覆一层Cu、Ni、Co等金属或合金。其作用是：①作为表面保护层，防止表面氧化及钝化，提高电极循环寿命；②作为储氢合金之间及其基体之间的集流体，同时改善电极导电性，提高活性物质利用率；③有助于氢原子向体相扩散，提高金属氢化物电极的充电效率，降低电池内压。
电镀电镀镀层与化学镀层有相同的作用
机械合金化通过机械合金化的方法可以在储氢合金表面形成一层金属包覆层，使合金电极的放电容量和循环稳定性得到提高。
2)表面修饰
3)热碱处理
4)氟化物处理酸处理：
5)化学还原处理
影响高密度球形Ni(OH)2正极材料电化学性能的因素(P35)
主要影响因素有：化学组成、粒径大小、粒径分布、密度、晶型、表面形态和组织结构等。
燃料电池的基本原理：
燃料电池由阳极、阴极和离子导电的电解质构成，其工作原理与普通电化学电池类似，燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路，产生电流。
燃料电池的特点：
能量转换效率高；环保问题少；燃料多样性及燃料补充方便；适用范围广、适应性强；厂址占地面积小，建设周期短
燃料电池的分类（按电解质性质不同区分）：
1)碱性燃料电池（Alkaline Fuel Cell，AFC）
2)质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）
3)磷酸燃料电池（Phosphoric Acid Fuel Cell，PAFC）
4)熔融碳酸盐燃料电池（Molten Carbonate Fuel Cell，MCFC）
5)固态氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）
燃料电池的分类（按工作温度范围不同区分）：
1)低温型燃料电池：碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池；
2)中温型燃料电池：磷酸燃料电池、
3)高温型燃料电池：熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化物燃料电池；
碱性燃料电池优点是：
1.因为氧在碱性介质中的还原反应比其他酸性介质高，因此碱性燃料电池与其他燃料电池
相比，具有较高的电效率（60%～70%）。
2.碱性燃料电池的工作温度大约80℃，可以在室温下快速启动，并迅速达到额定负荷。
3.因为是碱性介质，腐蚀相对小，材料选择范围宽，可以用非贵金属催化剂。
4.电池造价较低，它们是燃料电池中生产成本最低的一种电池。
5.因此，碱性燃料电池作为高效且价格低廉的成熟技术，具有一定的发展和应用前景。缺点是：
1.因为电解质为碱性，易与空气中CO2生成K2CO3、Na2CO3沉淀，减少了作为载流子的OH-
的数量，影响电解质的导电性，并容易在电极微孔上析出，阻塞并损坏多空催化剂结构和电极，严重影响电池性能，这给其在常规环境中应用带来很大的困难。
2.原则上只能用纯H2为燃料，纯O2为氧化剂。
质子交换膜燃料电池优点：
1.其发电过程不涉及氢氧燃烧，因而不受卡诺循环的限制，能量转换率高；
2.发电时不产生污染，发电单元模块化，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时也没有
噪音。所以，质子交换膜燃料电池电源是一种清洁、高效的绿色环保电源。
3.质子交换膜燃料电池工作温度低、启动快、比功率高、结构简单、操作方便、无电解液
流失等。
缺点：
1.制作困难、成本高；
2.对温度和含水量要求高，Nafion系列膜的最佳工作温度为70～90℃，超过此温度使其
含水量急剧降低，导电性迅速下降，阻碍了通过适当提高工作温度来提高电极反应速度和克服催化剂中毒的难题；
3.某些碳氢化合物，如甲醇等，渗透率较高，不适合用作直接甲醇燃料电池(DMFC)的质子
交换膜。
质子交换膜燃料电池的关键材料：质子交换膜、催化剂、扩散电极、双极板。
质子交换膜作为PEMFC 的核心元件，从材料的角度来说，对其基本要求包括：
1.电导率高（高选择性地离子导电而非电子导电）；
2.化学稳定性好，耐酸碱和抗氧化还原的能力强；
3.热稳定性好；
4.良好的机械性能（如强度和柔韧性）；
5.反应气体的透气率低；
6.水的电渗系数小；
7.作为反应介质要有利于电极反应；
8.价格低廉。
双极板的功能要求及常采用的材料（P88）：
双极板功能为：
①隔氧化剂与还原剂，要求双极必须具有阻气功能，不能用多孔透气材料；
②具有集流作用，因此必须是电的良导体；
③已开发的几种燃料电池，电解质为酸或碱，故双极板材料在工作电位下，并有氧化
介质（如氧气）或还原介质（如氢气）存在时，必须要有抗腐蚀能力；
④在双极板两侧加工或置有使反应气体均匀分布的流到，即所谓的流场，以确保反应
气在整个电极各处能均匀分布；
⑤应是热的良导体，以确保电池组的温度均匀分布和排热方案的实施。
常采用的材料有：3nm石墨板、蛇形流场双极板和金属双极板，碳基复合材料。
熔融碳酸盐燃料电池基本原理（P93）：（黑体为PPT上的）
熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）与其他类型的燃料电池有一定区别，其导电离子为CO2-3，电池工作过程中CO2在循环，在阴极CO2为反应物，在阳极CO2为产物。阴阳极的电子CO2-3的传导，形成回路从而产生电流。
?熔融碳酸盐燃料电池使用溶化的锂钾碳酸盐或锂钠碳酸盐作为电解质。
?当温度加热到650℃时，这种盐就会溶化，产生碳酸根离子，从阴极流向阳极，
与氢结合生成水、二氧化碳和电子。电子然后通过外部回路返回到阴极，在这过程中发电。
熔融碳酸盐燃料电池需解决的关键技术（P100）
?阴极熔解
?阳极蠕变
?熔盐电解质对双极板材料的腐蚀
?电解质流失
?稳定、可靠、廉价的膜和电极制备工艺
?电池结构及系统的优化
固体氧化物燃料电池特点
1.较高的电流密度和功率密度；
2.陶瓷电解质要求中、高温运行(600～1000℃)，加快了电池的反应进行，还可以实
现多种碳氢燃料气体的内部还原，简化了设备。它的燃料适用范围广，不仅能用H2，还可直接用CO、天然气（甲烷）、煤汽化气，碳氢化合物、NH3、H2S等作燃料，而不必使用贵金属作催化剂；
3.电解质的性能较稳定，避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀
及封接问题；
4.能提供高质余热，实现热电联产，燃料利用率高，能量利用率高达80％左右，是一
种清洁高效的能源系统；
5.泛采用陶瓷材料作电解质、阴极和阳极，具有全固态结构。
电解质材料是SOFC 的核心材料，需满足下列条件：
?要求高的离子电导率，而电子电导率越小越好；
?良好的稳定性：在高温氧气或氢气等极端条件下，电解质与电极材料之间不能发生化学反应；
?要求是致密体，不会发生气体的扩散泄漏；
?电解质应具有足够的机械强度和与其他材料相互匹配的热膨胀系数等；
?较低的价格。
常用的电解质材料？（P103）
?氧化锆（ZrO2）系电解质
?氧化铈系电解质
?LaGaO3钙钛矿系电解质
?其他系列电解质，例如氧化铋系、烧绿石系、铝掺杂的La1-x Sr x ScO3钙钛矿系电
解质等
第三部分：太阳能电池部分
太阳能电池的分类（按照所用材料不同）：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、有机半导体太阳能电池、纳米晶太阳能电池。
硅太阳能电池又分为结晶硅系和非晶硅系。其中结晶硅又分为单晶硅和多晶硅太阳能电池。
多元化合物薄膜太阳能电池材料为无机盐，主要包括Ⅲ-Ⅴ族化合物（砷化镓GaAs、镓铟磷GaInP）、Ⅱ-Ⅳ族化合物（硫化镉CdS、磷化锌Zn3P2）、I-Ⅲ-Ⅳ族三元化合物铜铟硒薄膜太阳能电池（CuInSe2、CIS）以及CIS中掺入Ga的铜铟硒薄膜太阳能电池（CuInGaSe2、CIGS）等。
有机半导体太阳能电池可以分成色素增感型太阳能电池以及有机薄膜（固体）太阳能电池等。
染料敏化TiO2纳米晶太阳能电池（DSSC）。
太阳能电池的分类（按结的构成分类）
1)同质结太阳能电池：由同一种半导体材料构成一个或多个p-n结的太阳能电池。
2)异质结太阳能电池：是用两种不同禁带宽度的半导体材料在相接的界面上构成一个异质
p-n结的太阳能电池。
3)肖特基结太阳能电池：是用金属和半导体接触组成一个“肖特基势垒”的太阳能电池，
也叫做MS太阳能电池。
4)液结太阳能电池：利用敏化纳米半导体把太阳能转化为电能，为液质。
太阳能电池的特点（P115）
1)太阳能无公害，是一种取之不尽，用之不竭的清洁能源；
2)有太阳的地方便可发电，因此使用方便；
3)结构简单、无可动部分、无机械磨损，因此，使用寿命较长，理论上可以做到半永久性，
晶体硅太阳能电池寿命达25年以上；
4)太阳能电池能直接将光能转换成电能，不会产生废气，有害物质等；
5)太阳能电池的发电随入射光、季节、天气、时刻的变化而变化、夜间不能发电；
6)太阳光强的变化对于太阳能电池的输出电压影响较小，也就是说其输出电压比较平稳，
很适合蓄电的充电；
7)所产生的电是直流电，并且无蓄电功能，要有充电的蓄电池相配合；
8)目前发电成本较高，要和其他发电设备相竞争，需要大大地降低其成本至几十分之一。本征半导体：完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。
P型半导体：其中掺入3价元素（又称受主杂质）的半导体在硅晶体中就会出现一个空穴，这个空穴因为没有电子而变得不稳定，容易吸收电子而中和，形成P型半导体。在p型半导体中，空穴是多子，电子是少子。
N型半导体：硅掺入5价元素（又称施主杂质）的半导体，在共价键之外会出现多余的电子，形成n型半导体，在n型半导体中，电子是多子，空穴是少子。
p-n结：在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其一边形成n型半导体，另一边形成p 型半导体，那么在导电类型不同的两种半导体的交界面就形成了p-n结p-n结是构成各种半导体器件的基础。
（在n区和p区交界面两侧的正负电荷薄层区域，称之为空间电荷区，又称为耗尽区，即p-n结。）
在p-n结内，有一个由p-n结内部电荷产生的，从n区指向p区的电场，叫做内建电场或自建电场。由于自建电场的存在，在空间电荷区内将产生载流子的漂移运动，使电子有p区拉回n区，使空穴由n区拉回p区，其运动方向与扩散运动的方向相反。
太阳能电池的工作原理：（P120）
1)首先，材料吸收光子后，产生电子-空穴对；
2)然后，电性相反的光生载流子被半导体中p-n结所产生的静电场分开；
3)最后，光生载流子被太阳能电池的两级所收集，并在电路中产生电流，从而
获得电能。
太阳能电池的特性：输入-输出特性、分光特性、照度特性、以及温度特性。
太阳能电池的输入-输出特性，也称为电压-电流特性，简称伏安特性。其表征太阳能电池将太阳的光能转换成电能的能力。
重点掌握开路电压V oc、
最佳工作电流I op
最佳工作电压V op
短路电流I sc
最佳负荷点P.
开路电压V oc即太阳能电池的正、
负极之间未被连接的状态。
短路电流I sc正负极用导线相连接
时候的电流。
填充因子F F=（V op*I op）/（V oc*I sc）。
其表征太阳能电池的福安特性曲线偏离矩形的偏离程度。
太阳能电池的分光感度特性（单色光光电转换效率）：表征一般光的颜色（波长）与所转换生成的电能关系。
太阳能电池的照度特性：太阳能电池的照度特性是指硅型太阳能电池的电气性能与光照强度之间的关系
与照度成正比；
1)短路电流I
sc
2)开路电压V
随照度的增加而缓慢增加。
oc
太阳能电池的温度特性：太阳能电池的工作环境温度和电池吸收光子后使自身温度升高对电池性能的影响。该特性一般用温度系数来表示，温度系数小说明即使温度较高，功率的变化也较小。
单晶硅材料（要求掌握几个基本的化学方程式。）
1)冶金硅
通过碳弧与二氧化硅中的氧反应生成二氧化碳和熔化的硅。纯度为98%～99%
2)半导体级硅
由冶金硅与氯气（或氯化氢）反应得到四氯化硅（或三氯氢硅）反应式为：
经过精馏，使四氯化硅（或三氯氢硅）的纯度提高，然后通过氢气还原成多晶硅，反应式为：
纯度可以达到99.999%～99.9999%。
3)太阳能级硅
纯度介于冶金硅和半导体硅之间。
砷化镓薄膜太阳能电池特点：
1)光电转换效率高。砷化镓的禁带宽度（1.425eV）较硅的（1.12eV）宽，其
光谱响应特性和太阳光谱匹配能力亦比硅好。
2)砷化镓的吸收系数大。砷化镓是直接跃迁型半导体，而硅是间接跃迁型半导
体。在可见光范围内，砷化镓的光吸收系数远高于硅。同样吸收95%的太阳光，砷化镓太阳能电池的厚度只要5~10μm，而硅太阳能电池则需大于150μm。因此砷化镓太阳能电池可做的更薄。
3)耐高温性能好。砷化镓的本征载流子浓度低，砷化镓太阳能电池的最大功率
温度系数为-2.3×10-3C-1，比硅太阳能电池的-4.4×10-3C-1小很多。
4)抗辐射性能好。砷化镓是直接跃迁型半导体，少数载流子的寿命短，所以由
高能射线引起的衰减较小。
5)在获得同样转换效率的情况下，砷化镓开路电压大，短路电流小，不容易受
串联电阻影响。（适合做聚光太阳能电池）
有机半导体太阳能电池的特点：
1)化学可变性大，原料来源广泛；
2)有多种途径可改变和提高材料光谱吸收能力，扩展光谱吸收范围，并提高载
流子的传说能力；
3)加工容易，可采用旋转法、流延法大面积成膜；
4)容易进行物理改性；
5)电池制作的机构多样化；
6)价格便宜；
有机半导体太阳能电池与传统太阳能电池相比其优势在于更轻薄灵活、而且成本低廉。
该版本经过华东理工大学高材卓越110班和复材112班部分同学整理，整合了老师上课的ppt上的内容以及一些文献上的知识。但非考试标准答案，仅供参考。特别感谢SKH,SJW,LTY,WHJ等各位同学。 （1）“生物材料导论”这门课涉及了什么基本内容？ 生物材料学是一门新兴的边缘性和综合性学科，涉及到化学、物理、材料科学、生命科学和临床医学等各方问题。本门课程中，涉及到了生物材料的基本概念和特点，生物材料的功能及其特性，材料的生物相容性及生物活性，并介绍了医用金属材料，生物陶瓷，医用高分子材料，医用复合材料，生体内吸收分解材料，以及当前研究热点和对生物材料发展的展望。 （2）请列出“生物材料”的定义，试举出医用生物材料的一些应用例子。 一般认为，能对机体的细胞、组织和器官进行诊断、治疗、替代、修复、诱导再生或增进其功能的特殊的功能材料（及其终端产品）称为生物医用材料或生物材料。其中还包括狭义和广义的定义。 狭义定义：只包括长期与生物体相接触的、或植入生物体内起某种生物功能的天然或人工合成材料。 广义定义：还包括用于医学治疗方面的生物材料，如医学诊断试剂、药物释放材料、一次性临床使用材料以及制造生物医药的各种原材料等。 比如人工关节、人工心脏等替代人体组织和内脏的修复和置换材料是生物材料，与眼角膜接触的隐形眼镜、缝合组织用的手术线、保存血浆用的输血袋、治疗骨折用的固定材料等也都归属于生物材料。 （3）与生物材料相关联的学科有哪些？ 生物材料学是一门新兴的边缘性和综合性学科。除了与材料科学的基础理论相关外，它还涉及到机械工学、化学、物理、生物科学、病理学、药物学、解剖学等多门学科，综合运用于材料基础研究、医用组件相关研究、动物实验和临床应用研究，所以生物材料学的发展是各学科进步的结晶。 （4）试说明生物材料的研究与发展过程的特点。 研究特点：高性能、多功能、超复合；众多学科间的交叉与融合；高新技术及产业化的基石；改变生活质量与生活方式。为保证生物材料在人体中使用的绝对安全性，考察周期的长年累月也是此类材料开发的一大特点。同时，比起普通材料，除了要考虑材料的物化性能，可加工性能和耐药品性能，医用生物材料还需要注重生物相容性和血液适应性。 发展过程特点： 第一代（1950s）生物材料特点：生物惰性。获得合适的生理性能的组合来与被替换组织相匹配，同时对宿主有很小的毒性反应。例如不锈钢及其合金，钛及其合金做人工关节，60年代初聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)作为骨水泥开始用于硬组织的修复，不降解；70年代起一些重要的医疗器械与器材，如人工心瓣膜、人工血管、人工肾用透析膜、心脏起搏器、植入型全人工心脏、人工肝、肾、胰、皮、骨、接触镜、角膜、人工晶体、手术缝合线等相继研制成功，在临床上得到了广泛应用。 第二代特点(1980s)：生物活性或生物可吸收性。生物活性指在生理环境下能引起一种可控行为和反应。如在人体硬组织修复和置换方面起了至关重要作用的生物陶瓷：生物活性玻璃(Hench)，生物活性微晶玻璃（小久保正）羟基磷灰石陶瓷等复合材料。90年代后期，在生物陶瓷构架（支架材料）中引入活体细胞或生长因子，使生物陶瓷具有生物学功能成为生物陶瓷的一个重要研究方向。可吸收性指：界面问题被解决了。例如生物可降解缝线，可吸收骨折固定板等。 第三代特点(1990s)：生物活性和生物可吸收性结合了。第三代生物医用材料在生物体内
道路工程材料知识点考点 绪论 道路工程材料是道路工程建设与养护的物质基础，其性能直接决定了道路工程质量和服务寿命和结构形式。 路面结构由下而上有：垫层，基层，面层。 面层结构材料应有足够的强度、稳定性、耐久性和良好的表面特性。 第一章 砂石材料是石料和集料的统称 岩石物理常数为密度和孔隙率 真实密度：指规定条件下，烘干岩石矿质实体单位真实体积的质量。 毛体积密度：指在规定条件下，烘干岩石矿质实体包括空隙（闭口、开口空隙）体积在内的单位毛体积的质量。 孔隙率：是指岩石孔隙体积占岩石总体积（开口空隙和闭口空隙）的百分率。 吸水性：岩石吸入水分的能力称为吸水性。 吸水性的大小用吸水率与饱和吸水率来表征。 吸水率：是岩石试样在常温、常压条件下最大的吸水质量占干燥试样质量的百分率。 饱和吸水率：是岩石在常温及真空抽气条件下，最大吸水质量占干燥试样质量的百分率。 岩石的抗冻性：是指在岩石能够经受反复冻结和融化而不破坏，并不严重降低岩石强度的能力。 集料：是由不同粒径矿质颗粒组成的混合料，在沥青混合料或水泥混凝土中起骨架和填充作用。 沥青混合料 水泥混合料
表观密度：是指在规定条件下，烘干集料矿质实体包括闭口空隙在内的表观单位体积的质 量。 级配：是指集料中各种粒径颗粒的搭配比例或分布情况。 压碎值：用于衡量石料在逐渐增加的荷载下抵抗压碎的能力，也是石料强度的相对指标。压碎值是对石料的标准试样在标准条件下进行加荷，测试石料被压碎后，标准筛上筛余质量的百分 率。1000 1 ?='m m Q a （1m ：试验后通过2.36mm 筛孔的细集料质量） 磨光值：是反映石料抵抗轮胎磨光作用能力的指标，是决定某种集料能否用于沥青路面抗滑磨耗层的关键指标。 冲击值：反映粗集料抵抗冲击荷载的能力。由于路表集料直接承受车轮荷载的冲击作用，这一指标对道路表层用料非常重要。 磨耗值：用于评定道路路面表层所用粗集料抵抗车轮磨耗作用的能力。 级配参数： ?? ? ??分率。 质量占试样总质量的百是指通过某号筛的式样通过百分率和。 筛分级筛余百分率之总分率和大于该号筛的各是指某号筛上的筛余百累计筛余百分率率。 量占试样总质量的百分是指某号筛上的筛余质分级筛余百分率i i i A a ρ 天然砂的细度模数，系度模数越大，表示细集料越粗。 根据矿质集料级配曲线的形状，将其划分为连续级配和间断级配。 在连续级配类型的集料中，由大到小且各级粒径的颗粒都有，各级颗粒按照一定的比例搭配，绘制出的级配曲线圆滑不间断；在间断级配集料中，缺少一级或几个粒级的颗粒，大颗粒与小颗粒之间有较大的“空档”，所做出的级配曲线是非连续的。 第二章 沥青按照形态分类：粘稠沥青、液体沥青。 沥青按照用途分类：道路沥青、建筑沥青、水工沥青、防腐沥青、其他沥青。 粗集料 ＞2.36mm ＞4.75mm 细集料 ＜2.36mm ＜4.75mm
2017高二化学会考复习资料整理知识点总结 篇一：高二化学会考知识点汇总2017 高二化学会考知识点汇总（必记）1. 氯气（Cl2）的性质：黄绿色有刺激性气味的有毒气体，易液化，密度比空气大。泄露时人往高处跑，吸收多余的氯气用NaOH溶液吸收。Cl2 +2OH氯气（Cl2）的用途：自来水消毒，制取漂白液[ Cl2 +2OH 分是————4.焰色反应：含有钠元素的物质火焰显黄色，含K 元素物质火焰显紫色（透过蓝色钴玻璃）颜色反应：蛋白质遇到浓硝酸显黄色显色反应：Fe3+遇到KSCN溶液显示红色5. 6.共价键、离子键：非金属元素之间形成共价键，金属和非金属之间形成离子键只要含有离子键（不管是否含共价键），该化合物就是离子化合物。只含共价键的化合物是共价化合物。7.电子式的书写原则：非金属原子（H除外）周围都有4对“：”（8个“·”）；H原子周围有1对“：”（2个“·”）离子化合物：有正负号和中括号阳离子的电子式只写离子符号即可，如钠离子的电子式：Na+, 阴离子的电子式有[ ],中括号外面要标上负电荷数，且非金属周围还要有4对“：”（即8个“·”）如氯离子的电子式：8.钝化现象：常温下，铝或者铁遇到浓硫酸或者浓硝酸会发生钝化现象（即不再发生反应）9.达到化学平衡状态的标志：①正反应速率=逆反应速率≠0 ②各组分物质的量浓度都不变10.依
据金属活动性顺序表记忆金属冶炼方法：K、Ca、Na、Mg、Al—电解法Zn、Fe、Sn、Pb、Cu—热还原法Hg、Ag—热分解法Pt、Au—自然界以单质形式存在11.原电池：两个电极中较活泼的金属做负极，负氧正还，失电子（负、氧、失），电子从负极（锌）流向正极（铜），负极是锌发生反应，正极是氢离子发生反应。12.非污染气体：干燥清洁空气中的原有成分（氮气N2、氧气O2、二氧化碳CO2、稀有气体）13.能水解的物质：二糖（蔗糖、麦芽糖），多糖（淀粉、纤维素），油脂，蛋白质二糖（蔗糖、麦芽糖）→水解生成单糖多糖（淀粉、纤维素）→水解生成葡萄糖油脂→水解生成高级脂肪酸和甘油（油脂碱性条件下水解可以制肥皂，有的还可以发生氢化= Cl ————+ClO ———— +H2O = Cl+ClO+H2O]有效成NaClO ]，制取漂白粉[ 2Cl2 +2Ca(OH )2= CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O,有效成分是Ca(ClO)2 ] 氨气（NH3）的性质：无色有刺激性气味的气体，密度比空气小，如果泄露人往低处跑，易液化，液氨可以做制冷剂。氨气极易溶于水可以做喷泉实验，其水溶液呈碱性。氨气（NH3）的实验室制法：Ca(OH)2+2NH4Cl CaCl2+2 NH3↑+2H2O NO: 无色气体，难溶于水，不能用排空气法收集（原因：NO极易和空气中的O2反应生成NO2。2NO+ O2=2NO2）。NO2：红棕色气体，造成光化学烟雾、酸雨。SO2：漂白性（可以使品红溶液褪色）但漂白不彻底，把褪色的品
华东理工大学2012－2013学年第二学期 《金属基复合材料》课程论文2013.6班级复材101 学号10103638 温乐斐开课学院材料学院任课教师麒成绩
浅谈金属基复合材料界面特点、形成原理及控制方法 摘要 金属基复合材料都要在基体合金熔点附近的高温下制备，在制备过程中纤维、晶须、颗粒等增强体与基体将发生程度不同的相互作用和界面反应，形成各种结构的界面。界面结构和性能对金属基复合材料的性能起着决定性作用。深入研究和掌握界面反应和界面影响性能的规律，有效地控制界面的结构和性能，是获得高性能金属基复合材料的关键。本文简单讨论一下金属基复合材料的界面反应、界面对性能的影响以及控制界面反应和优化界面结构的有效途径等问题。 前言 由高性能纤维、晶须、颗粒与金属组成的金属基复合材料具有高比强度、高比模量、低热膨胀、耐热耐磨、导电导热等优异的综合性能有广阔的应用前景，是一类正在发展的重要高技术新材料。 随着金属基复合材料要求的使用性能和制备技术的发展，界面问题仍然是金属基复合材料研究发展中的重要研究方向。特别是界面精细结构及性质、界面优化设计、界面反应的控制以及界面对性能的影响规律等，尚需结合材料类型、使用性能要求深入研究。金属基复合材料的基体一般是金属、合金和金属间化合物，其既含有不同化学性质的组成元素和不同的相，同时又具有较高的熔化温度。因此，此种复合材料的制备需在接近或超过金属基体熔点的高温下进行。金属基体与增强体在高温复合时易发生不同程度的界面反应；金属基体在冷凝、凝固、热处理过程中还会发生元素偏聚、扩散、固溶、相变等。这些均使金属基复合材料界面区的结构十分复杂，界面区的结构及组成明显不同于基体和增强体，其受到金属基体成分、增强体类型、复合上艺参数等多种因素的影
第二章材料的性能 1、布氏硬度 布氏硬度的优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 适于测量退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度（硬度少于450HB）。 2、洛氏硬度 HRA用于测量高硬度材料, 如硬质合金、表淬层和渗碳层。 HRB用于测量低硬度材料, 如有色金属和退火、正火钢等。 HRC用于测量中等硬度材料，如调质钢、淬火钢等。 洛氏硬度的优点：操作简便，压痕小，适用范围广。 缺点：测量结果分散度大。 3、维氏硬度 维氏硬度所用载荷小，压痕浅，适用于测量零件表面的薄硬化层、镀层及薄片材料的硬度，载荷可调范围大，对软硬材料都适用。 4、耐磨性是材料抵抗磨损的性能，用磨损量来表示。 分类有黏着磨损（咬合磨损）、磨粒磨损、腐蚀磨损。 5、接触疲劳：（滚动轴承、齿轮）经接触压应力的反复长期作用后引起的一种表面疲劳剥落损坏的现象。 6、蠕变：恒温、恒应力下，随着时间的延长，材料发生缓慢塑变的现象。 7、应力强度因子：描述裂纹尖端附近应力场强度的指标。 第三章金属的结构与结晶 1、晶体中原子（分子或离子）在空间的规则排列的方式为晶体结构。为便于描述晶体结构，把每个原子抽象成一个点，把这些点用假想直线连接起来，构成空间格架，称为晶格。 晶格中每个点称为结点，由一系列原子所组成的平面成为晶面。 由任意两个原子之间连线所指的方向称为晶向。 组成晶格的最小几何组成单元称为晶胞。 晶胞的棱边长度、棱边夹角称为晶格常数。 ①体心立方晶格 晶格常数用边长a表示，原子半径为√3a/4，每个晶胞包含的原子数为1/8×8+1=2（个）。属于体心立方晶格的金属有铁、钼、铬等。 ②面心立方晶格 原子半径为√2a/4，每个面心立方晶胞中包含原子数为1/8×8+1/2×6=4（个） 典型金属（金、银、铝、铜等）。 ③密排六方晶格 每个面心立方晶胞中包含原子数为为12×1/6+2*1/2+3=6（个）。 典型金属锌等。 2、各向异性：晶体中不同晶向上的原子排列紧密程度及不同晶面间距是不同的，所以不同方向上原子结合力也不同，晶体在不同方向上的物理、化学、力学间的性能也有一定的差异，此特性称为各向异性。
科学复习资料 能与能源 【生活实例】汽车靠动能在公路上奔驰；电风扇靠电能运转；轻轨火车靠动能前进；我们之所以要进食，是因为我们要把食物内储有的化学能转换为内能，为我们补充能量。 能以不同形式存在，如光、热、声音等。 光能：电灯、手电筒、电视机等都会放出光能。太阳就是一个巨大的发光体，它向外释 放出大量的光能。 热能：电炉、电热器、燃气灶等器具工作时会放出热能。热能可使受热物体温度升高。 电能：电能从发电站通过电缆输送到用户。工厂里的机器、办公室中的设备及家庭中的器具大多数使用电能。我们的生活已经越来越离不开电能了。 声能：被敲击的钟或鼓会放出声能。声音越大，放出的声能越多。 动能：飞驰中的快艇、跑动中的动物等都具有动能。物体运动的速度越大，具有的动能越大。 势能：打桩机的汽锤升得越高，具有的势能越大。此外，物体受压或被拉长时（例如弹簧），也储存着势能。 化学能：树木、煤、石油等物质都储存着大量的化学能。当它们燃烧时，化学能就会转化 成其他形式的能，例如光能和热能。 能的存在有各种不同的形式，其中包括光能、热能、电能、声能、动能、势能和化学能 等。 能可以由一种形式转化成另一种形式。如：储存在酒精内的化学能→光能+热能；快速搓动双手，动能→热能 +声能；动能（摇动罐子）→声能；势能（钩码升高）→动能（钩码运动）→势能；化学能（酒精）→光能+热能（火焰释放）→动能；动能（上紧发条）→势能（储在发条内）→动能等。 利用某些装置把能从一种形式转化为另一种形式，这些装置称为能的转化器。 利用能的转化器可以把能从一种形式转化成另一种形式。 不同形式的能可以相互转化，而同一形式的能可以发生转移，比如热能。 热可以从高温的地方传到低温的地方。 空气是由多种气体组成的。 当气体中的粒子受热时，它们的运动速度加快，同时粒子间的距离会增大。气体受热膨胀后，它的密度相对地比四周气体的密度小。 密度较小的热空气向上移动，而密度较大的冷空气向下移动，于是便形成对流。 当水受热时，粒子间的距离增大，热水因而膨胀，同时密度变得比冷水小。密度较小的热水向上升，而密度较小的冷水向下流回补充，形成对流。 在液体中，热是以对流的方式传递的。 固体中的粒子是有秩序地紧密排列在一起的，它们只能在固定的位置附近振动。 热在固体中能从高温的一端传递到低温的一端，这种热传递的方式称为传导。 固体受热时，固体粒子会振动得更剧烈，它们通过碰撞，影响相邻的粒子，使它们振动加剧，受影响的范围逐渐扩大，热也逐渐传至低温的地方。 热的传导和对流都需要在介质中进行。 没有实物粒子存在的环境称为真空。 热的传导是通过粒子的振动而传递的；热的对流是通过粒子的自由移动而传递的。 在空气中热能也可以通过辐射传递，例如当我们围着篝火取暖时，篝火放出的热主要就是通过辐射传给我们的身体。 不同物质的导热性能不同。
研究生课程结课综述 ------新能源材料心得体会 姓名： 学院： 专业： 学号： 新能源材料 一、新能源概况 新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部伸出所产生
的热能，包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。一般地说，常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源，而新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。因此，煤、石油、天然气以及大中型水电都被看作常规能源，而把太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能以及核能、氢能等作为新能源。 以新能源中的太阳能为例，新能源具有无可替代的资源优势：太阳能资源取之不竭，太阳能是地球上分布最广泛的可再生能源，每年到达地球陆地上的太阳辐射能量约27万亿吨标准煤，是目前世界能源消费总量的2000多倍。可开发的风能资源为53000 TWh，是目前全球发电量的两倍，水力发电资源量的三倍。太阳能、风能已成为各国实施可持续发展的重要选择，是一种朝阳的产业，孕育着巨大的潜在经济利益为维持技术优势、占领市场的需要。 二、我国发展新能源的重要性 太阳能、风能已成为各国实施可持续发展的重要选择。同国外相比，我国的能源系统更加不具备可持续发展特点：能源枯竭的威胁可能来的更早。人口多，人均资源占有量仅及世界的一半，石油和天然气资源仅占世界人均量的17.1％和13.2％；加之能源利用技术落后，效率低下，能耗高，枯竭速度可能会比国外更加迅速，能源匮乏的威胁可能来的更早、能源供需缺口将越来越大。2020年全国需求量27亿吨TOE，尚缺4.8亿吨标煤；2050年一次需求量达到40亿吨标煤，缺口达10亿吨标煤，短缺25％以上。过度依赖煤炭，环境影响更加严重。煤炭几乎满足了我国一次能源需求的70％，66％的城市大气颗粒物的含量和22％的城市的二氧化硫含量均超过国家空气质量二级标准，在冬季这些污染物的浓度更大，通常为夏季的2倍。环境专家估计，大气中90％的二氧化硫和70％的烟尘来自于燃煤。 煤废料的处理仍是问题。煤炭开发利用过程中产生的大量的矸石、腐蚀性水、煤泥、灰渣和飞灰等，已构成对工农业生产和生态环境的危害，成为制约所在地区可持续发展的一个制约因素。 在我国，近13亿人中约80％居住在农村，每年消耗6亿多吨标煤的能量，其中约一半来自可再生能源，但这些能源目前还是以传统的利用方式为主。另外我国还有700万户无电人口，无法用常规电网延伸解决用电问题。 发展新能源可以满足安排剩余劳动力的需要。如丹麦的风力发电制造业，1999年风机制造、维护、安装和咨询服务，即为丹麦提供了1.2万至1.5万个工作机会；它的风机零部件的供应遍及全球，同时还创造了约6,000个工作机会。 发展新能源同时可以维护生态建设成果、改善农村生活环境。目前有2亿多人面临沙漠化的威胁，但燃烧传统生物质能源在很多地区仍是主要的生活用能方
1、热力发电厂的分类(主要瞧按能源利用情况、原动机类型、承担负荷) a、按能源利用情况:化石燃料发电厂、原子能发电厂(核能)、新能源发电厂(地热、太阳能) b、按原动机类型:汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂、燃气—蒸汽联合循环发电厂 c、按承担负荷:基本负荷、中间负荷、调峰发电厂 2、热电厂热经济性的评价方法及主要内容 a、热量法:以热力学第一定律为基础,以热效率或热损失率的大小来衡量电厂或热力设备的热经济性 b.熵方法(做功能力法):以热力学第二定律为基础,着重研究各种动力过程中做工能力的变化,实际的动力过程都就是不可逆的,必然引起系统的熵增,引起做功能力损失,熵方法就就是通过熵产的计算来确定做功能力损失,并以此作为评价电厂热力设备的热经济性指标 3、锅炉设备的热损失、做功能力损失 锅炉设备的热损失:排烟损失(最大占40%-50%)、散热损失、未完全燃烧热损失、排热污损失 做功能力热损失:散热引起的做功能力损失、化学能转变为热能引起的、工质温差传热引起的 3、设备的热效率定义及目前实际效率(公式自己写) 锅炉效率:锅炉设备输出热负荷与燃料输入热量之比 管道效率:汽轮机热耗量与锅炉输出热负荷之比 机械效率:发电机轴端功率与汽轮机内功率之比 汽轮机绝对内效率:汽轮机实际内功率与汽轮机热好之比 发电机效率:发电机输出功率与轴端功率之比 实际效率:各项设备效率之积 4、典型不可逆损失 温差换热、工质节流、工质膨胀 5、凝汽式发电厂的主要热经济性指标 能耗量(汽耗量、热耗量、煤耗量),能耗率(汽耗率、热耗率、煤耗率)各项解释 6、给水回热加热的意义、回热分配方法及其含义 意义:a。回热使汽轮机进入凝汽器的凝汽量减少了,汽轮机冷源损失降低了、b。回热提高了锅炉给水温度,使工质在锅炉的平均吸热温度提高,使锅炉传热温差降低。 分配方法:焓降分配法:将每一级加热器的焓升取做等于前一级至本级的蒸汽在及群里中的焓降 平均分配法:没一级加热器内水的焓升相等 等焓降分配法:将每一级加热器的焓升取做等于汽轮机各级组的焓降 几何级数分配法:加热器的绝对温度按几何级数进行分配 7、提高初参数(初温、初压)对汽轮机相对内效率的影响 A.初温提高,汽轮机的排汽湿度减小,湿气损失降低;同时,初温的提高使进入汽轮机的容积流量增加,
新能源材料复习资料-13材化
新能源材料（华东理工出版社） 第一部分前言、概述和锂离子电池 相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源枯竭（特别是化石能源）具有重要意义。 新能源材料是指支撑新能源发展，具有能量储存和转换功能的功能材料或结构的功能一体化材料。 能源按其形成方式分为一次能源和二次能源。 一次能源包括以下三大类： 1)来自地球以外天体的能量，主要是太阳能； 2)地球本身蕴藏的能量、海洋和陆地内储存的燃 料、地球的热能等； 3)地球与天体相互作用产生的能量，如潮汐能。
能源按照其循环方式分为不可再生能源（化石燃料）和可再生能源（生物质能、氢能、化学能源）；按照使用性质可分为含能体能能源（煤炭、石油等）和过程能源（太阳能、风能等）；按环境保护要求可分为清洁能源（太阳能、氢能、风能、潮汐能等）和非清洁能源；按现阶段的成熟程度可分为常规能源和新能源。 主要的八种新能源：太阳能、氢能、核能、生物质能、化学能源、风能、地热能、海洋能。 对应的八种新能源技术：太阳能利用技术；氢能利用技术；核电技术；化学电能技术；生物质能应用技术；风能，海洋能与地热能应用技术；潮流能利用技术；地热能技术。 新能源材料作用： 1)新材料把原来习用已久的能源变成新能源； 2)新材料可提高储能和能量转化效果； 3)新材料决定了新能源的性能和安全性能；
4)材料的组成、结构、制作和加工工艺决定着新 能源的投资和运行成本。 新能源材料的任务和面临的课题： 1)研究新材料、新结构、新效应从提高能量的利 用效率； 2)资源的合理应用； 3)安全与环境保护； 4)材料规模生产的制作与加工工艺；（要求大量 生产，大成品率，高劳动生产率，材料及部件的质量参数异质、可靠性、环保及劳动保护，低成本。） 5)延长材料使用寿命；
新能源材料学习心得 班级：094 姓名：刘建德学号：200910204428 一、新能源概况 新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部伸出所产生的热能，包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。一般地说，常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源，而新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。因此，煤、石油、天然气以及大中型水电都被看作常规能源，而把太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能以及核能、氢能等作为新能源。 以新能源中的太阳能为例，新能源具有无可替代的资源优势：太阳能资源取之不竭，太阳能是地球上分布最广泛的可再生能源，每年到达地球陆地上的太阳辐射能量约27万亿吨标准煤，是目前世界能源消费总量的2000多倍。可开发的风能资源为53000 TWh，是目前全球发电量的两倍，水力发电资源量的三倍。太阳能、风能已成为各国实施可持续发展的重要选择，是一种朝阳的产业，孕育着巨大的潜在经济利益为维持技术优势、占领市场的需要。 二、我国发展新能源的重要性 太阳能、风能已成为各国实施可持续发展的重要选择。同国外相比，我国的能源系统更加不具备可持续发展特点：能源枯竭的威胁可能来的更早。人口多，人均资源占有量仅及世界的一半，石油和天然气资源仅占世界人均量的17.1％和13.2％；加之能源利用技术落后，效率低下，能耗高，枯竭速度可能会比国外更加迅速，能源匮乏的威胁可能来的更早、能源供需缺口将越来越大。2020年全国需求量27亿吨TOE，尚缺4.8亿吨标煤；2050年一次需求量达到40亿吨标煤，缺口达10亿吨标煤，短缺25％以上。过度依赖煤炭，环境影响更加严重。煤炭几乎满足了我国一次能源需求的70％，66％的城市大气颗粒物的含量和22％的城市的二氧化硫含量均超过国家空气质量二级标准，在冬季这些污染物的浓度更大，通常为夏季的2倍。环境专家估计，大气中90％的二氧化硫和70％的烟尘来自于燃煤。 煤废料的处理仍是问题。煤炭开发利用过程中产生的大量的矸石、腐蚀性水、
1.原子间的键合方式及性能特点 原子间的键合方式包括化学键和物理键,其中化学键又分为离子键,共价键和金属键,物理键又包括分子键和氢键. 2.原子的外层电子结构，晶体的能带结构。 3.晶体（单晶、多晶）的基本概念，晶体与非晶体的区别。 单晶:质点按同一取向排列,由一个核心(晶核)生长而成的晶体;多晶:由许多不同位向的小晶体(晶粒)所组成的晶体.
4.空间点阵与晶胞、晶面指数、晶面间距的概念，原子的堆积方式和典型的晶体结构。 空间点阵:呈周期性的规律排列的阵点所形成的具有等同的周围环境的三维阵列; 晶胞:在空间点阵中,能代表空间点阵结构特点的最小平行六面体,反应晶格特性的最小几何单元; 晶面指数: 在晶格中，通过任意三个不在同一直线上的格点作一平面，称为晶面，描写晶面方位的一组数称为晶面指数.一般选取晶面在三个坐标轴上的截距,取倒数作为晶面指数; 晶面间距:两近邻晶面间的垂直距离; 原子的堆积方式:六角堆积和立方堆积; 典型的晶体结构:面心立方结构,体心立方结构,密排六方结构. 5.表面信息获取的主要方式及基本原理 可以通过光子,电子,离子,声,热,电场和磁场等与材料表面作用,来获取表面的各种信息,或者利用原子线度的极细探针与被测材料的表面近距离接近,探测探针与材料之间的信号,来获取表面信息. 电子束技术原理: 离子束技术原理:离子比光子电子都重,它轰击表面时产生的效应非常明显.离子不但具有电荷还有电子结构和原子结构,当离子与表面接近时,除具有静电场和接触电势差作用外,它本身还可以处于不同的激发电离态,离子还可以与表面产生各种化学反应,总之,离子与表面作用后,提供的信息非常丰富. 光电子能谱原理: 扫描探针显微镜技术原理: 6.为什么XPS可获得表面信息，而X射线衍射只能获得体信息？ [略] X射线衍射(XRD)是利用晶体形成X射线衍射,对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法.将具有一定波长的X射线照射到晶体上时,X射线因在晶体内遇到规则排列的原子或离子而发生散射,
科技哲学复习资料 一、定义和概念 科学的定义：科学是反映客观事物和规律的知识和知识体系；是探索客观事物及其规律的活动；是一种社会建制；是一种只是形态的生产力。 DNA的定义：生命遗传信息的物质载体。 高技术的定义：1.基本原理主要建立在最新科学成就基础上的技术。2.“尖端”的、“前沿”的、“先进”的技术。3.从经济角度对一类产品企业或产业的评价术语，凡是技术所占比重超过一定标准或比例时就可以称为高技术产品、企业或产业。 温室效应的定义：工业革命以来，大气中的二氧化碳、甲烷、氮氧化合物、氟氯烃等气体含量不断增加，这些气体对长波辐射有强烈的吸收作用，导致地球表面和底成大气温度升高，这就造成了“温室效应”。 酸雨现象的定义：酸雨是指ph值小于5.6的酸性降水，包括雨、雾、露、霜等，是由大气中的硫酸、硝酸和云层的水蒸气发生反应形成的。 基因的定义：基因是具有遗传效应的DNA片段，其基本功能表现为两个方面：一方面通过复制，在生物反演过程中传递遗传信息；另一方面，在生物的个体发育中遗传信息得以表达，从而使子代表现出与亲代相近的性状。 技术的自然和社会属性的定义：技术的自然属性是指人们在创造技术、运用技术来变革和控制自然的过程，必须遵从自然规律；技术的社会属性是指技术发展方向、速度和水平要收到各种社会因素和社会规律的影响和制约。 地球系统科学的概念：将地球的大气圈、水圈、岩石圈、生物圈作为一个相互作用的系统，研究期间的物理的、化学的和生物的过程，并和人类生活、生产联系起来，认识现状和过去，预见未来。 生态学的概念：是研究生命系统和环境系统之间相互作用的机理、规律的科学。生命系统包括动物、植物和微生物；环境系统则主要包括光、温、水、营养物等理化因素。 新能源技术的概念：主要指对各新能源的开发与利用。 可持续发展的概念：既满足当代人的需求又不危及后代人满足其需求能力的发展。 二、内容和意义 哥白尼日心说的内容和意义：1.地球是球形的。2.地球在运动，并且24小时自转一周。3. 太阳是不动的，而且在太阳系中心，地球以及其他行星都一起围绕太阳做圆周运动，只有月亮环绕地球运行。虽然今天看来哥白尼的日心说还有很多错误的地方，但其发表仍旧是近代科学史上的一件划时代的大事，它使得天文学的进一步发展有了牢靠的基础，成为近代天文学诞生的标志，激发了物理学理论和实践的革命，推动了力学的发展，从而成为近代科学诞生的标志；更重要的是，日心说动摇了神学的宇宙观，从而成为了自然科学从神学中解放出来的宣言书。 能量守恒定律和热力学的发展的意义：被认为是子牛顿力学之后的第二次科学大综合。能量守恒定律的确立，不仅是物理学中的大事件，而且也是整个科学史上的重大事件，能量守
粉末冶金技术在新能源材料中的应用探讨 摘要：新能源的使用和普及是人类社会发展必经之路，新能源的使用所需要的 新能源材料是使用新能源的关键，对新能源材料和储存新能源材料的制备发挥作 用的技术上，粉末冶金技术是首选。本文将介绍什么是粉末冶金技术，并对粉末 冶金技术在新能源运用和储存中的作用进行分析和探讨。 关键词：粉末冶金技术；新能源储存 一、引言 随着人类社会经济的不断发展，人们生活变得越来越快节奏，越来越注重生 活品质的提升，与人们的需求相契合的是一切方便人们生活，出行等各方面的改变，如塑料制品越来越多，汽车等的普及。而这一切在为人们的生活带来方便的 同时，给我们的环境带来了压力，造成资源的短缺。为响应国家“统筹兼顾”、等 保护环境节约资源的政策措施，除了从衣食住行进行节约以外，我们还需要找出 一些可替代能源。本文将介绍粉末冶金技术在新能源技术中的应用。 二、粉末冶金技术介绍 粉末冶金是一种具有传统传统熔铸工艺无法获得的、独特的物理化学性质的 技术工艺。粉末冶金通过制备金属粉末能够做出半致密或者完全致密的工艺品， 不仅包括金属，现如今许多3D成型的制品均由粉末冶金技术制成。与传统工艺 相比，不需要切削便可制造出刀具、齿轮等还有更多精密成型的工具。 粉末冶金技术具有四个主要的特点。首先，粉末冶金能够传统工艺制造工具 时出现的合金偏聚现象，这是由于其能够在制备之前制备出合金的粉末，从根本 上解决合金偏聚的发生。其次，粉末冶金技术还能够制备出一些晶体，比如非晶、微晶等高性能非平衡材料，这些材料在电学、力学、磁学等领域具有超高的价值。再次，粉末冶金技术还能够实现多种类型材料的复合，例如金属－陶瓷材料的复合，这是一种极其低成本高性能的进行材料复合的工艺技术。最后，它还能够制 备出普通传统工艺无法制备的特殊结构、特殊材料的工艺制品，在我们的生活之中，许多机加工刀具、五金模具实际中就是由粉末冶金技术制备的。 三、新能源的定义和特点 新能源是除了传统的能源例如水、石油、天然气等人们日常使用的为人熟知 的能源以外的或者还在研究中和制备中的、未来能够最为某一种传统能源替代品 进入人们生活的能源。比如说我们经常提到的太阳能、氢能、核聚变能等等，都 属于新能源。这些新能源对于环境保护、节约能源来说十分的重要，如果我们能 够很好的加以利用，它们必然能够发挥自身优势，为人们的生活，为地球的环境 等等做出贡献。 四、粉末冶金技术的引进与使用 前文已述，粉末冶金技术的诸多优点，不论是制造生活所用的刀具，抑或是 制备具有良好性能，难以制备的具有超高力学性能的晶体，对它来说都不再话下。对于粉末冶金技术所需要的粉末冶金的材料是属于信息类的一种材料，主要是软 磁材料。随着一些科研学家在进行科研等活动中运用到的磁记录材料的需求的增多，粉末冶金技术也越来越变得不可或缺，极大的满足了人们的需求。同时，粉 末冶金技术在能源领域也发挥着作用，对着新能源的不断创新和发展，对于新能 源的储存和运行都需要粉末冶金技术材料的支持。例如能够满足航空航天工业的 足够强度和硬度的材料都需要粉末冶金技术来制成。 五、粉末冶金技术在新能源运用中的作用
1.表面能：系统增加单位面积时所需做的可逆功J/m*m 2.吸附热：吸附过程中的热效应。物理吸附热效应相当于气体的凝聚热， 化学相当于化学键能 3.物理吸附：吸附作用力为范德瓦尔分子力，由表面原子和吸附原子之间 的极化作用而产生。 4.化学吸附：静电库仑力，发生电子转移，改变吸附分子结构。 5.毛细现象：吸附压力引起的毛细管内外页面的高度差的现象 6.超疏水：表面与水的接触角大于150，滚动角小于10 7.润湿：固体表面上的气体或液体被液体或另一种液体取代的现象，原因， 接触后吉布斯自由能小于0 8.亲水物质：能被水润湿的物质，如玻璃、石英 9.疏水物质：不能被水润湿的物质，如石墨、硫磺 10.接触角：三相交界处自固液界面经过液体内部到气液界面的夹角叫接触 角 11.粘附功：液柱由两液体构成，拉开后原来AB 界面消失，出现新的A\B，消耗的能量称为粘 附功 12.内聚能：均相物质分离成两部分，产生两个新界面，消耗的能量称为内
聚能 13.接触角滞后现象：于粗糙或不均匀表面上，液滴可以处于稳定平衡态或 者亚稳定平衡态。 14.粘附润湿：液体接触固体，变气液表面和气固表面为液固表面的过程。 15.浸湿过程：气固为液固所取代的过程 16.铺展润湿：液体于固体表面接触后，于固体表面上排除空气而自行铺展 的过程，也是一个以液固界面取代气固界面同时液体表面随之扩展的过程。 17.静接触角：当液体在固体表面达到平衡时，气液的界线与液固的界线之 间的夹角称为接触角，此时为静态接触角 18.动态接触角：液体在固体表面接触角随时间变化而变化的过程，是动态 接触角 19.表面活性剂：加入少量时能显著降低溶液表面张力并改变体系界面状态 的物质。 20.Krafft 温度：离子型表面活性剂的溶解度随温度变化的特点是在足够低 的温度下，溶解度随温度升高而慢慢增大，当温度达到某一定值后，溶解度会突然增大。溶解度开始突然增大的温度叫Krafft 温度。 21.表面接枝：表面接枝是通过紫外光、高能辐射、电子束、等离子体等技 术，是聚合物表面产生活性中心，引发乙烯基单体在聚合物表面接枝聚合，或利用聚合物表面的活性基团通过化学反应接枝。表面接枝聚合，大分子偶合反应，以及添加接枝共聚物。 22.金属的腐蚀：金属及合金在外围介质的化学或电化学作用下发生破坏的 过程称为金属腐蚀。 23.玻璃相：陶瓷配料中除主晶相以外的其他组分（有时包括）在一定温度 下共熔，然后“冻结”成非晶态固体。 24.复合材料：复合材料是以两种或两种以上不同材料通过一定的工艺复合 而成的多相材料。 25.增强材料：在复合材料中，凡能提高机体的机械强度、弹性模量等力学 性能的材料称为增强材料。
材料的表面与界面 Surfaces and Interfaces in Materials 一、总学时：32 二、学分：2 三、先修课程：物理、材料物理、晶体学、电镜基础 四、教学目的： 材料科学发展到今天，材料和器件的宏观性能、可靠性及寿命的决定因素已经从材料的体相性能转变为材料的表面和界面结构，材料的表面与界面的作用不论是对金属或陶瓷等传统结构材料，还是对于复合、薄膜、电子、生物等现代材料的性能控制都十分重要。表面与界面的知识是理解和控制材料的组织－工艺－性能－行为的重要基础。本课程主要向研究生介绍有关理解表面与界面性质的基础知识。主要包括表面的特性，各种界面的结构和能量模型，表面和界面的物理化学。此外还简要介绍典型材料中表面和界面的前沿知识。 五、考核方式： 专题报告、大型作业（约1万字） 六、内容概要 1.材料的表面与界面概述：包括表面科学的定义，晶体及其表面的物理、化学特性，表面化学的发展过程，固体表面与界面的定义，界面及界面的本质，表面科学与其他科学的关系，表面科学研究领域中的重要国内外期刊的介绍等。4学时 2.表面行为：包括固体表面、表面二维结构（表面结构、半导体表面结构、氧化物表面结构、薄膜表面结构等）、固体表面的不均匀性、固体表面结构（离子晶体表面、粉体表面结构、玻璃体表面结构等）、材料表面的振动，金属表面的电子态，表面能，固体表面吸附。 8学时 3．界面行为：包括液固界面（接触角与杨氏方程、润湿现象、润湿现象的应用），固体的界面（晶体与非晶体、实际金属的结构、固体的界面、晶界、界面能、多晶体的组织、晶界应力、晶界迁移、再结晶等）。 8学时 4. 液体表面：包括表面张力、表面功、表面Gibbs函数、热力学公式、温度对界面张力的影响、压力及其它因素的影响、弯曲表面上的附加压力、毛细管现象、杨-拉普拉斯公式、界面行为等。 4学时
新能源材料制备与加工技术李长久 西安交 通 大 学 《新能源材料制 备 与加 工技 西安交 通大学 材料 制备与加工技 术》 本课程的安排
第1讲绪论:能源结构与太阳辐射特点 第2讲太阳电池原理 第3讲太阳电池原理(续 第4讲单晶硅太阳电池制造工艺 第5讲薄膜太阳电池与DSC 制造工艺 第6讲燃料电池基础 第7讲固体氧化物燃料电池与质子交换膜燃料电池制备成形技术第8讲新型2次电池材料 试验1 单晶硅太阳电池特性 试验2 单晶硅、非晶硅、多晶硅太阳电池特性比较 试验3 SOFC 电池输出特性 试验4 PEMFC 试验 西 安 交 通 大
学《新能源材料制备与加工技西安交通大学材料
制 备 与 加 工技 术》 本课程的基本要求 了解能源结构与发展趋势,可再生能源与化石燃料高效能源转换系统 能源转换材料基本特征 太阳电池原理,太阳电池转换效率的影响因素及其影响规律、提高转换效率的基本途径; 太阳电池的种类与制造工艺及其特点; 燃料电池的原理、特点、开发现状与应用前景。二次电池及其相关材料技术 材料制备、加工与制造器件一体化的特征 西 安 交 通
大 学 《 新 能 源 材 料 制 备 与加 工技 西 安 交通 大 学材 料制备与加工技术》
主要参考书 1.(美胡晨明,R.M. 还特著,(李采华译,太阳电 池,北京大学出版社,1990年 2. Chenming HU and Richard M. White, Solar Cell, From Basic to Advanced System, McGraw Hill Book Company, 1983 3.(澳马丁格林著,李秀文等译,太阳电池,电子工 业出版社,1987年 4. 赵富鑫,魏彦章,太阳电池及其应用,国防工业出版社,1985 5. 雷永泉主编,新能源材料,天津大学出版社, 2000。 6. 衣宝廉著,燃料电池,化学工业出版社,2003。 7. Fuel Cell Handbook 西 安 交
复习资料 一、填空题 1、钥匙开关打到ON档，暂停2～3S ，该过程为、各控制器过程。此时所有仪表、警告灯和电路可以工作。高压上电正常，仪表板指示灯点亮。 2、根据人们充电的方式不同，充电模式可分为：、、、。 3、当电动汽车力蓄池着火时，可以采用大量清水进行灭机理是。 4、佩戴绝缘手套时衣服袖口应。 5、绝缘手套应远离热源并避开、、油类等腐蚀品。 6、电动汽车使用高压工作，在操过程中可能会产生火花，佩戴以有效避免电弧光对眼睛造成伤害。 7、新能源汽车检修中，通常要测量绝缘性，测量绝缘的设备叫。 8、纯电动汽车用分为低压用电部分和高压用电部分，低压用电部分由低压辅助蓄电池或者是进行供电，高压用电部分由进行供电。 9、将220V 交流电转换为动力电池的直流电，实现电池电量的补给。 10、将动力电池的高压直流电转换为整车低压直流电，给整车低压用电系统供电及低压蓄电池充电。 11、ISO 国际标准要求，电动汽车中使用的标志，符号的底色为黄色，边框和箭头为黑色，高压电路中的线缆和线束的外皮使用加以区别。 12、当存在某些特殊事件（如碰撞、绝缘不良、高压电气回路不连续、过电流及短路等）输入时，自动断路功能可以在没有使用者干预的情况下，通过等装置将高压电气回路切断，从而达到保护人员和电气系统安全的目的。 13、高压线束/线缆应该有足够的绝缘阻值，直流电路绝缘电阻的最小值至少大于100Ω/V，交流电路应至少大于。 14、搭铁设计的原理是电气设备外壳和车身底盘连接之后，人体接受漏电载体之后，会被连接线短接，避免触电，利用的原理是保护。 15、车辆是指：通过使用电气小信号，来检查整个高压产品、导线、连接器及护盖的电气完整性（连续性），识别回路异常断开时，及时断开高压电。
一、20℃时汞的表面张力为4.85×10-1 Jm-2，求在此温度及101.335 kPa 的压力下，将半径1mm 的汞滴分散成半径10-5 mm 的微小汞滴，至少需要消耗多少功 解：已知：σ＝4.85×10-1 Jm-2 r1=1mm, r2=10－5 mm 二、25℃，在101.325kPa 下将直径为1μm 的毛细管插入水中，问需要外加多大的压力才能防止水面上升？（已知25℃时水的表面张力 为71.97×10 -3 N*m-1 ) 解： 21212112 223312W=()4;4443 3A A dA A A A r A N r r r N σσππππ=-===?31223211221222112123251()4()4()4(1)4.85104 3.1416(10)(101) 6.0910r N r r r A r r r r r W r r Jm m J ππσπ----====?-= ?????-=?-31652 Δp=2σ/r 2(71.9710)=0.5102.8810288N m m N m kPa ---???=??=
三、25℃时，水的饱和蒸气压为3.168kPa ，求该温度下比表面积为106 m2 *kg-1时球形水滴的蒸气压（水在25℃时的表面张力为71.97 ×10-3 N*m-1). 解：先求水滴半径： 代入Kelvin 公式： 332233362 193443 3344433(10)(10)3103V N r r A N r r r r r A kg m m kg m nm πρππππρρρ---===?=?===??=?=0-32631) 1190-3-22ln 2(71.9710)(1810=(8.314)(298)(310)=0.3486 p =1.417p=1.417 3.16810N m =4.489kPa P V P RTr J m m mol J mol K K p σ------=??????????