学生讲课-新功能材料

新型功能材主要内材料是现代文明的基简材料是人类社会生活的物质基础，材料的发展推动了科 铁器时 信息时新功能材料之定它是 贝 的J.A.Morton博士在1965年首。以特殊的电，磁，声，光，热，力，化学及生物学等性能作为主要性能指标的一类材料，是 ，生物技术，能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传 工，建材起着重要作用研究功能材料的意它是新材料领域的，对高新技术的发展起着重要的它是信息，生物，能源，环保，空间等高新技术领域的功能材料的发展及应单功能材料：导电材料，介电材料，铁电材料，磁性材生物医用材料：生物活性陶瓷，生物降解高分子材料都综合新型功能材料：形状 材料，隐身材料，环境材新形态功能材料：液晶材料，梯度材料，纳米材料，非功能材料的特功能材料的功能对应于材料的微观结构和微观物体的运功能材料的凝聚态和形态非常多样化，除了晶态外，还有气态，液态，液晶态，非晶态，准晶态，混合态和等功能材料是现代化技术，多学科交叉的只是密集型产物。功能材料的技术采用了许多先进的新工艺和新技术按化学组成分金属功能材磁性合 顺磁性材料：在磁场中被微弱吸 按使用性能分储氢材储氢材氢氢21氢的优氢能热值高，燃烧1Kg氢的发热量相当于3Kg汽油或资源丰富：地球表面有丰富的水资源，水中含氢量达到11.1应用范围广，适应性强，可作 电池发电，也可用储氢材氢能利用关键是高密度安全和技术氢密度很小，单位重量体积很大。目前市售氢气一般是在150个大气压下在钢瓶内，氢气重量不到钢瓶重氢能的是氢能利用的前提，许多国家对储氢技术的能源部在全部氢能研究经费中，50%用于氢能的“新阳光计划”。其中氢能发电技术（高效分解水技术、储氢技术、氢电池发电技术）一次投资就达30 氢气的状态12由原理可分物理法：储氢物质与氢分子之间只有纯粹的物理作用或物理吸附。（活性炭法、高压压缩储氢、深冷液化储氢化学法：储氢物质和氢分子之间发生化学反应，生成新的，具有吸收或释放氢的特性。无机化合物储氢、有机液体氢化物储氢、合金化合物储氢等） 问题，人们研发了相应的储氢材料，主要介绍活性炭、无机化合物、有机化合物以及合金化合活性炭储活性炭比表面积可达2000㎡/g以上，低温加压可吸附储氢。纳米管电化学储经处理后多壁纳米碳管最大放电容量为1157mAh/g，单壁纳米碳管最大放电容量为503mAh/g，相当于％重量储氢容量。经过100次充放电后，其仍保持最大容量的80无机化合物储某些无机化合物和氢气发生化学反应可储氢，然后在一以活性炭作载体，在PdPdO的催化作用下，以该法优点是原料易得、 方便、安全性好，但储氢量有机液体化物储借助储氢载体(如苯和甲苯等)与H2的可逆反应来实现，包括催化氢反应和催化脱氢反该法储氢量大，环己烷和甲基环己烷的理论储氢量分别为7.19％和6.18％(质量分数)，比高压储氢和金属氢化物储氢的实际量都大。储氢载体苯和甲苯可循环使用，其和都很安全方。催化加氢和催化脱氢装置和投资费用较大，储氢操作比合金化合物储在一定温度和氢气压力下能多次吸收、和释放氢气的合金被称为储氢合氢于许多金属、合金或金属间化合物反应生成金属氢化物，并释放出热量；+M:金属、合金、或金属间化合+ΔH：反应+P1、T1：吸氢是体系需要的压强和温+P2、T2：释放氢时体系需要的压强和温氢原子容易进入金属晶格的四面体或八面体间隙，形成金属氢化物，如T2、r19、Pr2.8、T14CoH、La5H、Mmi4566等。实验表明，单独使用一种金属形成的氢化物生成热较大，氢的离解压低，储氢不理想。实用的储氢材料是由氢化物生成热金属和生成热为负的放热性金属组成多元金属间化合物，其中有的过渡金属元素对氢化反应时氢分子分解为氢原子的过程起着重要的催化作用。储氢合金材料达到实用目的，必须满足下列要求储氢量大，能量密度高吸氢和放氢速度快氢化物生成热小分解压适中容易活化化学稳定性好在储运中安全、无害原料来源广、成本价廉储氢合金材料主要有：稀土系列、镁镍系列、钛合金系大多数金属氢化物储氢量在1％-4％(质量分数)、能量密度高，所需费用明显低于深冷液化储气和高压储氢，原料易得，安全可靠。储稀土系储氢合LaNi5是稀土系储氢合金的典型代表，由荷兰Philip于年首先研制La5具有优良的储氢性能，块状La5合金储氢量约14％(质量分数)，分解压适中平坦，活化容易，具有良好的动力学特性和抗杂质体。LaNi5成本高，大规模应用受限，因此发展置换La和Ni的多元合金：LaNi5-xMx(M＝Al、Mn、Cr、Fe、Co、Cu等)和＝Y、Gd、Nd、Th用富Ce混合稀土()代替La可研制廉价的mi5储氢合金，在5基础上开发多元合金，如mi1-=Al、Cu、e、n、Ga、Sn、Cr等)系列，不仅保持Lai5的优良特性，而且在储La5，价格仅为纯La15。Ti系储氢合TiFe具有优良储氢特性，吸氢量约1.75％(质量分数)，室温下释氢压力约为0.1MPa。价格较低，具有很大实用价TiFe活化，须在450℃和5MPa压力下进行活化；抗毒性弱(别是O2)，反复吸释氢后性能下降yMy(M=n、Mo、Co、Ni等)。TiFe0.8Mn0.2可在室温3MPa氢压下活化，生成TiFe0.8Mn0.2H1.05氢化物，储氢量达到1.9wt％Ti系储氢合金的优劣室温下可逆储放抗杂质气体能力能否实用化有待我们研 氢能作为最清洁的可再生能源，近10多年来发达国家高度国近年来也投入巨资进行相关技术开发研 氢能汽车在发达国家已示范运行，中国也正在筹划引 氢能汽车商业化的是成本高，高在氢气 液氢和高压气氢不是商业化氢能汽车－安全性和 大多数储氢合金自重大，也是个问题；自重低的镁基合金很常温储放氢、配位氢化物的可逆储放氢等需进一步开发研究 碳材料吸附储氢受到重视，但基础研究不够，能否实用化还是个号金属氢化物也是理想的能量转换材氢化物热泵：以氢气为工作介质，储氢合金为能量转换材料，相同温