物理化学的研究与进展

《物理化学的研究与进展》结课总结

姓名：关怀学号：12013017

摘要：作为一门simina课程，《物理化学的研究与进展》的课堂形式以展示交流为主，小组成员之间分工合作，就某一物理化学研究前沿领域进行信息收集，整理和展示。我们小组先后对锂离子电池、传感器的原理与应用、相变化的原理与应用、先进材料等方面进行探究。以互联网资源为主，查阅相关领域的理论研究发展轨迹及相应的应用，并以小组为单位将探究成果用ppt的形式展现。在这个过程中，每个人的搜索信息整理信息的能力以及成员之间的交流合作都得到了明显的提升。

关键词：物理化学的进展、锂离子电池、传感器、相平衡、先进材料

正文

一、物理化学的研究与进展

物理化学是以物理的原理和实验技术为基础，研究化学体系的性质和行为，发现并建立化学体系中特殊规律的学科。随着科学的迅速发展和各门学科之间的相互渗透，物理化学与物理学、无机化学、有机化学之间存在着越来越多的互相重叠的新领域，从而不断地派生出许多新的分支学科，如物理有机化学、生物物理化学、化学物理学等。物理化学还与许多非化学的学科有着密切的联系，如冶

金过程物理化学、海洋物理化学。

一般公认的物理化学的研究内容大致可以概括为三个方面：

1.化学体系的宏观平衡性质以热力学的三个基本定律为基础，研究宏观化学体系（含有分子数目量级在10左右的体系）在气态、液态、固态、溶解态以及高分散状态的平衡态物理化学性质及其规律性。由于以平衡态为前提，时间不再是变量。属于这方面的物理化学分支学科有化学热力学、化学统计力学、溶液化学、胶体化学和表面化学。

2.化学体系的微观结构和性质以量子力学为理论基础，研究分子、分子簇和晶体的结构，物体的体相中原子和分子的空间结构、表面相的结构，以及结构与物性之间的关系与规律性。属于这方面的物理化学分支学科有结构化学、晶体化学和量子化学。

3.化学体系的动态性质研究由于化学或物理因素的扰动而引起的体系的化学变化过程速率和变化机理。此时，时间是与过程密切相关的重要变量之一。属于这方面的物理化学分支学科有化学动力学、化学动态学、催化科学与技术、光化学、电化学、磁化学、声化学、力化学（以摩擦化学为代表）等。

在理论研究方面，快速大型电子计算机和数值方法的广泛应用，扩展了量子化学在定量计算方面的能力。研究对象不仅涉及大分子，还可用以模拟复杂体系的动态过程。福井谦一提出的前线轨道理论以及R.B.伍德沃德和R.霍夫曼提出

的分子轨道对称守恒原理，是量子化学应用于具体化学体系时的重要理论成果。但是仍然没有达到人们所期望的利用量子化学为基础解决和认识所有化学问题的水平。量子力学基本原理和化学实验的紧密结合将有助于解决这个问题。为此，发展能够应用于复杂分子体系的量子化学计算方法是实现上述目标的前提之一。因而W.科恩以电子密度泛函理论和J.波普尔以量子化学计算方法及模型化学等研究成果获得了1998年的诺贝尔化学奖。

二、探究内容

1、锂离子电池

锂离子电池：是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。

锂系电池分为锂电池和锂离子电池。手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，通常人们俗称其为锂电池，而真正的锂电池由于危险性大，很少应用于日常电子产品。

2、传感器

传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的特

点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。

3、相平衡

一个系统可以是多组分的并含有许多相。当相与相间达到物理的和化学的平衡时，则称系统达到了相平衡。相平衡的热力学条件是各相的温度和压力相等，任一组分在各相的化学势相等。

4、先进材料

激光材料（laser material）把各种泵浦（电、光、射线）能量转换成激光的材料。激光器的工作物质。激光材料主要是凝聚态物质，以固体激光物质为主；光电材料是指用于制造各种光电设备（主要包括各种主、被动光电传感器光信息处理和存储装置及光通信等）的材料，主要包括红外材料、激光材料、光纤材料、非线性光学材料等；光电材料是指用于制造各种光电设备（主要包括各种主、被动光电传感器光信息处理和存储装置及光通信等）的材料，主要包括红外材料、激光材料、光纤材料、非线性光学材料等；纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度；吸收电磁波而很难被雷达发现的材料叫做隐性材料。这种材料主要应用在军事上，也被称作为“隐形材料”。它既非自然界中的材料，也并非来自哈利·波特的魔法学校，而是英美研究人员发明的

材料，是用来控制光线及物体周围其他的电磁射线，让这些光线和射线给人“隐身”的感觉，就像是隐藏在太空的黑洞里一样。

总结

在课堂上，除了本组成员的展示之外，还可以看到其他小组的成果演示，将自己的探究成果分享给他人的同时，也分享到了其他小组的探究成果，极大地提高了获取知识的效率，同时也通过不同的视觉角度，了解到更多领域的前沿科技的风采；更重要的是，老师不仅从专业的角度给学生以建议和指教，还在ppt的制作，内容的选择，演示的技巧给予意见和分享经验，在课堂上极大程地扩展了学生的知识面，培养了学生对物理化学领域的兴趣，提高了学生的探究交流的能力，虽然在有限的课堂时间内不可能对众多的高新领域进行深度的研究和学习，但是让学生充分感受到了物理化学的精彩与魅力。