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第八章 新材料 纳米材料 什么是纳米？ 纳米（nanometer)是一个长度单位，简写为nm。 1nm=10(-9)m=10埃。 氢原子的直径为1埃，所以1纳米等于10个氢原子一个一个排起来的长度。 纳米材料 在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本构成单元组成的材料。 纳米材料的结构 纳米微粒的物理特性 热学性能 磁学性能 光学性能 纳米微粒悬浮液和动力学性质 表面活性及敏感特性 光催化性能 纳米微粒的化学特性 吸附 纳米微粒的分散与团聚 流变学 科学发展历程 纳米材料的制备 物理方法 蒸发冷凝法(PVD)、 物理粉碎法、喷雾法、… 化学方法 纳米薄膜 纳米陶瓷 真空、热等静压、微波烧结、等离子体烧结等 纳米金属与合金 惰性气体蒸发、原位加压法 非晶晶化法——Ni-P合金条带 纳米表征与测量 超导材料 一些物质当温度下降到某一温度时，电阻会变为零，这种现象叫做超导现象. 能够发生超导现象的物质，叫做超导体. 超导现象 电流流通时无阻力的现象，也就是产生永久电流。 将超导体放入磁场中，会将其内部的磁场完全排除，其内部磁通量保持为零。因此，若将一超导体放在一个普通的磁体上方，则会因排斥作用而悬浮在空中。 历史回顾 1911年Onnes发现Hg 4.2K，现已有5000种，到1973年每年0.3K增长。 从一元?二元?三元，以至多元。 1911—1932年： 元素超导体，Pb、Sn、In、Ta、Nb、Ti等。 1932—1953年： 合金、过渡金属碳化物和氮化物。 超导体之路 1986年，J?G?Bendnorz和K?A?Mtiller 35K——高温氧化物超导体 1987年朱经武、赵忠贤等 Tc为90K的Y－Ba－Cu－O材料。 现在 138K 我国的超导体研究工作走在世界的前列，目前已找到超导临界温度达132K的超导材料. 什么是YBCO超导体？ YBCO是Y1Ba2Cu3O7-d的简写，有时也称为Y123，表示Y:Ba:Cu=1:2:3。 目前最被广泛研究及应用的高温超导材料 超导现象的应用 2001年2月15日，西安交通大学研制的世界上第一台高温超导载人磁悬浮列车“世纪号” 试验成功。 我国的磁悬浮列车 我国第一条磁悬浮列车试验线在长沙建成通车 超导研究的问题 1986年美国的贝德诺兹和缪勒发现发现一种完全不同于已知超导体而由铜、氧、钡和镧组成的陶瓷材料的超导体，呈现30K转变温度。获得1987年度诺贝尔物理学奖。 1987年美国物理学家朱经武与中国科学家赵忠贤等人宣布制成转变温度约为90K的超导材料。至此，人们终于实现了液氮温区超导体的梦想。 这类超导体由于其转变温度在液氮温度（77K）以上，因此被称为高温超导体。 新型超导材料 C60 MgB2 新能源材料 应 用 一次电池 资源浪费； 重金属元素的泄漏污染。 二次电池的定义 (1) 金属氢化物镍电池； (2)锂离子嵌入材料及液态电解质锂离子电池 (3)聚合物电解质锂蓄电池或锂离子电池。 Ni/MH镍氢二次电池 英文全称：Nickel—metal hydride (a)能量密度高，电池容量是Ni/Cd电池的1.5-2倍； (b)无镉污染——绿色电池； (c)可以大电流快速充放电； (d)工作电压1.2v，与Ni/Cd电池可互换。 锂离子二次电池 工作电压与重量能量密度优于Ni/MH电池 无记忆效应及环保问题 高分子电解质无漏液的问题，薄形化及形状有高度的可塑性 锂离子电池工作原理 锂离子二次电池材料 正极材料 含锂的过渡金属化合物 LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4 负极材料 金属锂、碳 电解质材料 水溶液、有机溶液、熔盐、聚合物或固体材料 又称连续电池，以可燃物质如氢气、甲醇、煤气等作为负极反应物质，以空气中的氧或纯氧作为正极反应物质，在等温、连续以及静止状态下把燃料的化学能直接转变成电能的装置。 固体氧化物燃料电池(SOFC)的优点 具有一般燃料电池高效与环境友好的优点； 全固体电池结构，避免了腐蚀和电解液流失问题； 在高温下工作，电极反应迅速，无需贵金属电极，成本低： 排出的高温热气能充分利用，实现热电联供，能量综合利用效率可达70％以上； 燃料适用范围广，可用H2，CO，CH4，碳氢化合物以及其他可燃烧的物质(NH3，H2S等)作为燃料。 固体氧化物燃料电池的工作原理 固体氧化物燃料电池材料 固体电解质材料 稳定化的Zr