超导材料的晶体结构与性能关系

从钢铁材料看材料成分-结构-性能关系

钢铁从被利用开始至今一直是人类不可替代的原材料，是衡量一个国家综合国力和工业水平的重要指标。

我们都知道初铁外，C的含量对钢铁的机械性能起着重要作用，钢是含碳量为0.03%-2%的铁碳合金。随着碳含量的升高，碳钢的硬度增加、韧性下降。同时含碳量对工艺性能也有很大影响。对可锻性而言，低碳钢比高碳钢好。由于钢加热呈单相奥氏体状态时，塑性好、强度低，便于塑性变形，所以一般锻造都是在奥氏体状态下进行。对焊接性而言，一般来说含碳量越低，钢的焊接性能越好，所以低碳钢比高碳钢更容易焊接。而那些比例极小的合金加入，可以对钢的性能产生很大影响。可以说普通钢、优质钢和高级优质钢就是在这些比例极小的成分作用下分别出来的。那些合金成分的加入可以使钢的组织结构和性能都发生一定的变化，从而具有一些特殊性能。比如说，铬的加入不仅能提高金属的耐腐蚀性和抗氧化性，也能提高钢的淬透性，显著提高钢的强度、硬度和耐磨性；锰可提高钢的强度，提高对低温冲击的韧性；稀土元素可提高强度，改善塑性、体温脆性、耐腐蚀性及焊接性能等等。

钢铁材料的结构特征包括晶体结构、相结构和显微组织结构。钢铁是属于由金属键构成的晶体，因此就具有金属晶体的特性，如延展性。同时这也注定钢的机械性能不仅与其化学性能有关，而其晶体的结构和晶粒的大小影响更大。

铁碳合金的基本组元是纯Fe和Fe3C。铁存在同素异构转变，即在固态下有不同的结构。不同结构的铁与碳可以形成不同的固溶体。碳溶解于 -Fe中形成的固溶体成为铁素体，其含碳量非常低，所以性能与纯铁相似，硬度低、塑性高，并有铁磁性。其显微组织与工业纯铁也相似。碳溶于 -Fe形成的固溶体为奥氏体，具有面心立方结构，可以溶解较多的碳。在一般情况下，奥氏体是一种高温组织，故奥氏体的硬度较低，塑性高。通常在对钢铁材料进行热变形加工，都应将其加热呈奥氏体状态。

由此，从钢铁材料中，我们看到，材料的成分，结构和性能是密不可分的三者。成分和结构往往可以极大的影响材料的性能，而成分和结构之间也是相互影响的。

第

22卷第

1期2010年

1月化　学　进　展

PROGRESSINCHEMISTRYVol.22No.1

Jan.,2010

收稿

:2009年

4月

,收修改稿

:2009年

6月

　3

Correspondingauthor　

e2

mail:jjzhang@;yufeng05@锂离子电池正极材料的晶体结构及电化学性能

于　锋1,2

　张敬杰13

　王昌胤3

　袁　静1,2

　杨岩峰1

　宋广智1

(

1.中国科学院理化技术研究所　北京

100190;2.中国科学院研究生院　北京

100049;

3.北京有色金属研究总院能源材料与技术研究所　北京

100088)

摘　要　正极材料是锂离子电池的重要组成部分。作为提供自由脱嵌锂离子的正极材料

,其晶体结构

的特点决定了锂离子脱嵌路径方式的不同

,并对锂离子电池的电化学性能等产生明显影响。本文根据正极

材料的晶体结构和锂离子“脱嵌

/嵌入”路径方式的不同

,重点讨论了一维隧道结构、二维层状结构和三维框

架结构正极材料的晶体结构特点、锂离子“脱嵌

/嵌入”路径和其电化学性能之间的关系

,主要包括一维隧道

结构正极材料

LiFePO

4,二维层状结构正极材料

LiMO

2(

M=Co,Ni,Mn)、

Li

1+xV

3O

8和

Li

2MSiO

4(

M=Fe,

Mn)以及三维框架结构正极材料

LiMn

2O

4和

Li

3V

2(

PO

4)

3。揭示了目前锂离子电池正极材料的研究现状和

存在问题

,并对今后的发展方向进行了评述。

关键词　锂离子电池　正极材料　晶体结构　电化学性能

中图分类号

:O6141

111;TM912.9　文献标识码

:A　文章编号

:10052

281X(

2010)

012

00092

10

CrystalStructureandElectrochemicalPerformanceofLithiumIon

BatteryCathodeMaterials

YuFeng1,2

ZhangJingjie13

WangChangyin3

第３卷第３期　２００８年３月　中国科技论文在线ＳＣＩＥＮＣＥＰＡＰＥＲ　ＯＮＬＩＮＥ　Ｖｂ１＿３Ｎｏ　３　Ｍａｒ．２００８　

不同掺杂二氧化钛的电子和晶体结构与　

光催化性能的关系　

龙明策　，柴歆烨　，周保学　，蔡伟民　，刘光增２　

（１．上海交通大学环境科学与工程学院，上海２００２４０；　

２．山东大学化学系，济南　２５０１００）　

摘要：对末掺杂、氮掺杂、碘掺杂和铂掺杂的锐钛矿ＴｉＯ２进行了第一性原理计算。结果表明．三种掺杂ＴｉＯ２　带隙中都产生新的能带。这些新出现的能带是掺杂ＴｉＯｚ响应可见光的原因。而且铂掺杂ＴｉＯ２的带隙缩小，响　应波长更宽。铂掺杂和碘ＴｉＯ２的能带位置明显下移，表明其具有更强的氧化性。偏态密度分析表明掺杂元素　提供的轨道参与了价带和导带的构成。通过对晶体结构的分析和ＴｉＯ６八面体偶极矩的计算，发现Ｉ掺杂后晶　体结构明显畸变，其次是铂掺杂，氮掺杂几乎无畸变。而这种畸变产生的偶极矩能促进载流子的迁移，提高光　催化活性。计算结果很好地解释了未掺杂和掺杂ＴｉＯ２在可见光照射下的光催化活性差异。　关键词：密度泛函理论；可见光；掺杂；光催化；电子结构　中图分类号：０６４３．３１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—７１８０（２００８）０３—０２２５—５　

Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｗｉｔｈ　

ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｄｏｐｅｄ　ＴｉＯ２　

ＬＯＮＧ　Ｍｉｎｇｃｅ　，ＣＨＡＩ　Ｘｉｎｙｅ　，ＺｈＯＵ　Ｂａｏｘｕｅ　，ＣＡＩ　Ｗｅｉｍｉｎ　，ＬＩＵ　Ｇｕａｎｇｚｅｎｇ　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｊｉａｏ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００２４０；　

２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ，２５０１００）　

实用标准文案

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通过阅读文献，我了解了关于新型材料的一些基础知识。新型材料是指那些新近发展或正在发展的、具有优异性能和应用前景的一类材料。新型材料的特征：

（1）生产制备为知识密集、技术密集和资金密集；

（2）与新技术和新工艺发展密切结合。如：大多新型材料通过极端条（如超高压、超高温、超高真空、超高密度、超高频、超高纯和超高速快冷等）形成。

（3）一般生产规模小，经营分散，更新换代快，品种变化频繁。

（4）具有特殊性能。如超高强度、超高硬度、超塑性，及超导性、磁性等各种特殊物理性能。

（5）其发展与材料理论关系密切。

新型材料的分类，根据性能与用途分为新型结构材料和功能材料。新型结构材料是指以力学性能为主要要求，用以制造各种机器零件和工程结构的一类材料。新型结构材料具有更高力学性能（如强度、硬度、塑性和韧性等），能在更苛该介质或条件下工作。功能材料指具有特定光、电、磁、声、热、湿、气、生物等性能的种类材料。广泛用于能源、计算机、通信、电子、激光、空间、生命科学等领域。根据材料本性或结合键分为金属材料、元机非金属材料、高分子材料、复合材料 实用标准文案

精彩文档 新型材料，在国民经济中具有举足轻重的地位。对新一代材料的要求是：（1）材料结构与功能相结合。（2）开发智能材料。智能材料必须具备对外界反应能力达到定量的水平。目前的材料还停留在机敏材料水平上，机敏材料只能对外界有定性的反应。（3）材料本身少无污染，生产过程少污染，且能再生。（4）制造材料能耗少，本身能创造新能源或能充分利用能源。

材料科学发展趋势：（1）研究多相复合材料。指两个或三个主相都在一个材料之中，如多相复合陶瓷材料，多相复合金属材料，多相复合高分子材料，金属—陶瓷、金属—有机物等。（2）研究并开发纳米材料。 ①把纳米级晶粒混合到材料中，以改善材料脆性。②利用纳米材料本身的独特性能。