电力系统新能源的建设和发展,控制方法及前沿科技综述

1、课程设计任务书2014 年秋季学期学生姓名学号专业方向班级题目名称新能源关于太阳能及其发电技术的简介及应用一、电力系统新能源的建设和发展,控制方法及前沿科技综述新能源大规模开发、安全高效利用,是解决我国经济和社会快速发展过程中日益凸显的能源需求增长与能源紧缺、能源利用与环境保护之间矛盾的必然选择;以风能、太阳能为代表的新能源是最具规模化开发前景的新能源,在我国发电构成中的百分比逐年增加。但新能源在利用上面还有许多技术并未成熟应用,请你通过查阅相关的科技文献,了解新型能源在电力系统中的应用、发电原理和控制方法,进一步了解智能电网的建设和发展,目前的科技前沿问题,完成综述性文章。二、内容及要求:1

2、、熟悉题目要求,查阅相关科技文献,阅读不少于30篇相关论文。2、按要求完成电力系统新型能源发电的原理、控制方法和目前存在的技术困难。3、列出所有参考的论文名称和杂志名称,或相关科技网站。4、根据你的理解给出某自动控制方法或具体算法的评价。5、了解智能电网的概念及应用。三、本次电力系统综合训练计提交的成果:1、完成该综述性文章打印稿,(不少于40页,约2万字左右。2、中、英文摘要(中文摘要约200字,35个关键词具体排版格式如下。1论文的页眉(用5号宋体2页眉内容为题目3论文各章节题序及标题规范要求各章题序及标题小2黑体各节一级题序及标题小3黑体各节二级题序及标题4号黑体正文小4号、宋体四、列出

3、全部参考文献和技术资料,论文名称及其书籍包括外文文献不少于30篇(本(部。五、各阶段安排第1-2天:了解设计内容及要求,熟悉设计题目。第3-4天:确定某种算法和软件,查相关的科技文献。第5-10天:形成自己的综述性文章初稿。第11-14天:整体内容检查、排错,反复修改和按要求排版并打印。第15天:答辩。指导教师签字论文打印规范一、页面要求论文需用A4纸印刷,版心大小为155mm253mm,页眉一般为11mm(即页眉至正文的距离,页脚一般为11mm(即正文至页码的距离,上、下页边距为22mm,左、右边距为25mm,每页35行,每行35字,页码在版心下边线之下隔行居中放置。二、字体和字号各章题序及

4、标题小2号黑体,上下各空一行;各节一级题序及标题小3号黑体,上下各空12磅;各节的二级题序及标题4号黑体,上下各空6磅;各节的三级题序及标题小4号黑体;上下各空6磅;款、项均采用小4号黑体;正文用小4号宋体。页眉用5号宋体。三、摘要及关键词摘要题头应居中,中文摘要字样如下:摘要(小2号黑体然后隔行书写摘要的文字部分。(字体为小4号宋体摘要文字之后隔一行顶格(齐版心左边线印有:关键词:词;词;词(小4号黑体(关键词3-8个,黑体小4号字附录中非中文撰写的学位论文的详细中文摘要,用小2号黑体居中书写中文标题,摘要内容用小4号宋体。四、目录(此二字为四号黑体,且与下面内容之间隔一行的距离目录中各章题

5、序及标题用小4号黑体,其余用小4号宋体。格式举例如下:PMMA/MMT纳米复合材料耐腐蚀行为研究金属材料工程02080105 杨静指导教师杨瑞成教授摘要对聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脱土(PMMA/MMT复合材料在硫酸介质中的腐蚀情况进行了研究,探讨了蒙脱土含量、硫酸浓度以及腐蚀时间对腐蚀速率的影响,并用FTIR、XPS、SEM和EDS对腐蚀产物膜进行分析。结果表明,硫酸浓度较低且腐蚀时间较短时,含有 2 %3 %蒙脱土的复合材料的腐蚀速率比纯聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA明显降低;PMMA及其复合材料的腐蚀速率随腐蚀时间的延长而下降,随硫酸浓度的增加而上升;硫酸浓度越高或腐蚀时间越长,复合材料中蒙脱土的

6、片层阻隔作用越不明显。PMMA与PMMA/MMT纳米复合材料的腐蚀产物为C、H、O和S元素,对C1s、O1s和S2p峰精细扫描及分峰拟合表明,这些元素以S-O、C=O、C-O、O-H、C-H和C-C的形式存在,蒙脱土的阻隔效应,使得复合材料中的PMMA基体降解行为减弱。关键词:硫酸;腐蚀速率;聚甲基丙烯酸甲酯;蒙脱土;复合材料AbstractThis paper studies the corrosion of sulphur acid in polymethyl methacrylate/ montmorillonite composites and discusses the effect

7、s of concentration and corrosion time of sulfuric acid and content of montmorillonite on the corrosion rate. The corrosion products were analyzed by FTIR, XPS, EDS and SEM. The results show that the corrosion rate of composites containing 2 %3 % montmorillonite is lower obviously than that of pure P

8、MMA when the concentration of sulfuric acid is low and time of corrosion is short; the corrosion rates of both PMMA and its composites decrease with the increasing of corrosion time but increase with the increase of the concentration of sulfuric acid; the longer of the corrosion time or higher of th

9、e concentration of sulfuric acid, the weaker of the barrier ability of montmorillonite layer in composites. The corrosion products of both PMMA and its nanocomposites are C, H, O and S, XPS fine scanning and a devolution into multiple sub peaks of the C1s, O1s and S2p peaks reveal that all above ele

10、ments are present as S-O, C=O, C-O, O-H, C-H and C-C, and the barrier effect of montmorillonite layer in composites makes the degradation behavior of PMMA weaker than that of pure PMMA.Key words: sulfuric acid; corrosion rate; polymethyl methacrylate; montmorillonite; composites一、前言聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA是透明性

11、最好的聚合物材料之一,具有优良的耐蚀性、电绝缘性和加工性能,但其硬度低,不耐刮伤,且耐热性较差,蒙脱土的加入,实现了无机物和有机物在纳米尺度上的复合,具有较好的耐热性、阻燃性和力学性能,有广阔的发展前景1。但PMMA原本优良的耐蚀性能在改性前后的变化情况尚未见文献报道。鉴于此,本文对聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脱土(PMMA/MMT复合材料的硫酸腐蚀行为进行研究。二、实验原料、方法及仪器将自制的不同MMT含量的PMMA/MMT纳米复合材料切割成尺寸为20 mm30 mm6 mm的试样。采用失重法研究MMT含量、种类、硫酸浓度和腐蚀时间对PMMA腐蚀速率的影响。取3次平行试验的平均值作为测试结果。分别采

12、用FTIR 、XPS 、EDS 和SEM 对腐蚀产物膜进行成分和形貌分析。 三、结果与讨论(一蒙脱土含量、腐蚀时间及硫酸浓度对腐蚀速率的影响由图1可知,腐蚀时间、硫酸浓度一定时,随着MMT 质量分数的增加(0 %4 %,试样的腐蚀速率先减小后增加,MMT 质量分数为2 %3 %时,试样的腐蚀速率最小。由腐蚀速率最小的复合材料试样的腐蚀速率下降率(相对于纯PMMA 试样与腐蚀时间的关系图1(a可知,随着腐蚀时间的延长,PMMA/MMT 腐蚀速率下降率总体呈下降趋势。由腐蚀速率最小的复合材料试样的腐蚀速率下降率与腐蚀时间的关系图1(b可知,PMMA/MMT 腐蚀速率下降率随硫酸浓度的增加呈下降趋势

13、。由图1还可知,PMMA 及其复合材料试样的腐蚀速率随腐蚀时间的延长而减小,随硫酸浓度的增加而增加。0123430405060708090100110120V /g m -2h -1Montmorillonite content /%12 h6 h 4 h 2 h123451015202530354045505560V /g m -2h -1Montmorilloninte content /%18 mol/L14 mol/L 12 mol/L 11 mol/L(a 18 mol/L 硫酸,室温 (b 室温,腐蚀时间为6 h 图1 蒙脱土含量、腐蚀时间及硫酸浓度对试样腐蚀速率的影响(二PMMA

14、/MMT 腐蚀产物表面膜分析将PMMA 、PMMA/2wt%MMT2和PMMA/4wt%MMT2纳米复合材料试样放入浓度为11 mol/L 的硫酸,室温腐蚀6 h ,取出,用去离子水洗涤多次,晾干,切出腐蚀产物膜。1. FTIR 分析由图2可见,复合材料中527 cm -1处的Al-O 伸缩振动峰在腐蚀产物中完全消失,1018 cm -1处Si-O 伸缩振动和460 cm -1处Si-O 变角振动可能消失,也可能被硫酸的特征峰屏蔽,结合下边的XPS 分析,确定其不存在,说明复合材料的腐蚀产物中无MMT 成分;PMMA 及其复合材料的腐蚀产物在1634.79 cm -1出现的比较明显的峰是水分子

15、O-H-O 的扩展运动引起的,说明腐蚀产物试样在空气中吸收了水分;腐蚀产物中,PMMA 及其复合材料在757.27 cm -1处的C-H 吸收峰依然存在,而在30002800 cm -1的-CH 2 和-CH 3伸缩振动吸收峰、1730 cm -1左右的C=O 吸收峰、1465-1340 cm -1的C-H 弯曲振动峰和12001000 cm -1的C-O 伸缩振动峰皆为硫酸强的特征吸收峰屏蔽,无法识别;此外,661.70 cm -1处新出现的吸收峰应为从PMMA 中降解断裂出来的C-O 键振动。40003600320028002400200016001200800400硫酸PMMA复合材料复

16、合材料腐蚀产物PMMA腐蚀产物R e l a t i v e i n t e n s i t yWave numbers /cm-11000800600400200Binding energy /eVR e l a t i v e C P SPMMA/MMT nanocompositesPMMAS2pS2pC1sC1sO1sO1s图2 FTIR 图谱 图3 XPS 全扫描测量谱2. XPS 分析由全谱扫描分析(图3可知,PMMA 及其复合材料腐蚀产物中只含有S 、C 和O三种元素,其中C 元素来自PMMA ,O 元素来自PMMA 和腐蚀介质,S 元素来自腐蚀介质,说明腐蚀产物主要是C 和S 的

17、氧化物或它们的混合物,当然,试样和硫酸介质中都含有氢元素,所以腐蚀产物中也应有其存在,只是XPS 表征无法测到H 元素而已。由腐蚀产物膜表面的各元素XPS 分析(图4、5可知,MMT 加入后,PMMA 硫酸腐蚀产物中,元素的化学环境基本没有变化,都是以C-C 、C-H 、C-O 、C=O 、O-H 和S-O 的形式存在。在PMMA 及其复合材料腐蚀表面的C1s 峰上,C-C 和C-H 峰仍然是占主导地位,说明腐蚀产物表面的C-O 和C=O 基团较少。此外,由O1s 子峰面积的变化可以看出,MMT 的阻隔效应,使得PMMA 基体的降解行为减弱,所以腐蚀产物中S-O 的峰面积增大,即硫元素含量增大

18、。29028828628428220004000600080001000012000Binding energy /eV284.98286.74289.05C P S53853653453253002000400060008000100001200014000Binding energy /eV535.45532.40533.76533.19C P S1600 169.88 1400 1200 1000 CPS 800 600 400 200 0 172 170 168 Binding energy /eV (a C1s S2p 图4 (b O1s PMMA 腐蚀产物 C1s 、O1s 和 S

19、2p 的 XPS 图谱 (c 12000 14000 12000 10000 284.96 8000 10000 8000 6000 CPS 6000 CPS 533.88 535.47 532.62 4000 4000 2000 0 538 2000 286.62 289.16 533.23 536 534 532 530 0 290 288 286 284 282 Binding energy /eV Binding energy /eV 2000 170.13 1500 CPS 1000 500 0 174 172 170 168 166 Binding energy /eV (a C1

20、s 图5 (b O1s PMMA/2%MMT 腐蚀产物 C1s 、O1s 和 S2p 的 XPS 图谱 (c S2p 3. EDS 分析 从 PMMA 及 PMMA/MMT 腐蚀膜内外表面元素含量变化（表 1）可见，所有样品腐蚀 产物膜的内外表层元素含量变化趋势基本一致，即内表面的 C 元素含量高于对应外表面， 相应地，S 元素含量低于外表面。说明腐蚀过程中，试样中的 C 链发生降解、断裂，从试样 中慢慢渗出，所以出现由内到外，C 元素的含量逐渐减少，相应地，S 元素由外向内，含量 逐渐减少。 由表 1 还可知，随着 MMT 含量的增加，复合材料试样腐蚀产物中的 C 元素先减小后 增加， 而

21、S 元素先增加后减少， 这可能是适量 MMT 的加入， 其片层阻隔作用可改善 PMMA 的耐硫酸腐蚀行为， 即抑制了 PMMA 的降解， 导致腐蚀产物膜中 C 元素含量降低。 但 MMT 加入过量，其片层与复合材料之间的作用力变差，MMT 片层的阻隔作用减弱，所以腐蚀产 物膜中 C 元素含量反而上升。 PMMA 中无 Si 和 Al 元素存在，其少量数值是由测试中，仪器的背景噪音产生。此外， PMMA/MMT 中 Si 和 Al 元素含量变化的无规则是由于 Si 和 Al 元素含量本身就很少，加上 测试仪器的误差引起。 此外，由腐蚀产物外表面元素分布图（图略）可知，各种元素分布都比较均匀，表明

22、复 合材料没有发生选择性腐蚀而是均匀腐蚀；由腐蚀产物截面元素分布图（图略）表明，腐蚀 产物膜由外向内，C 元素含量增加，而 S 元素含量减少。 4. SEM 分析 由图 6（a） 、 （b）可知，纯 PMMA 腐蚀产物的内外表面比较致密；少量 MMT 的加入图 6（c） 、 （d），其抗腐蚀作用使得腐蚀膜内外表面出现明显的孔，而且内表面的孔大于外表 面明显，这是由于 MMT 抗腐蚀作用产生的孔在腐蚀过程中，被周围的腐蚀产物不断填充造 成的；过量 MMT 的加入图 6（e） 、 （f），由于 MMT 片层与 PMMA 的作用力减弱，在硫 酸的作用下，MMT 自身容易从复合材料中分离出来，所以腐蚀

23、产物的内表面出现不光滑的 小坑，并在周围的腐蚀产物的填充下形成图 6（e）所示的外表面。 5. 腐蚀机理研究 塑料腐蚀的基本原因，是由于化学介质向塑料内部渗透、扩散产生溶胀、溶解、开裂或 介质与塑料发生化学反应，导致各种腐蚀现象的发生。而少量的 MMT 以片层形式分散于聚 合物基体中，可使复合 （a）PMMA outer surface outer surface (b PMMA inner surface （c）PMMA/2%MMT (d PMMA/2%MMT inner surface inner surface 图6 （e）PMMA/4%MMT outer surface (f PMMA/4%MMT PMMA 及其复合材料腐蚀产物表面 SEM 图 材料表现出优异的气、液阻隔性能2。所以少量 MMT 的加入（2 %3 %） ，可阻止硫酸 介质向聚合物基体内部渗透、扩散，进而降低复合材料试样的腐蚀速率。但 MMT 的添加过 量时，聚合物与 MMT 之间的结合力会变弱，MMT 便易被硫酸从聚合物基体溶解出来，导 致腐蚀速率上升。 PMMA 及其复合材料试样表层的腐蚀产物膜的厚度随着腐蚀时间的延长而增加。腐蚀 产物膜可阻止硫酸介质的进一步腐蚀，所以 PMMA 及其复合材料的腐蚀速度随着腐蚀时间 的延长而下降。腐蚀时间较短时