5.现代新型材料与纳米材料新能源材料
材料科学与纳米技术：新材料的开发和应用
材料科学与纳米技术：新材料的开发和应用摘要材料科学与纳米技术是当今科学研究中最具活力和潜力的领域之一。
纳米科技的兴起为材料科学研究带来了前所未有的机遇，并推动了新型材料的开发和应用。
本文将从纳米材料的特性、制备方法以及在各个领域的应用等方面进行阐述，并展望未来材料科学与纳米技术的发展趋势。
关键词：材料科学，纳米技术，纳米材料，应用，发展趋势一、引言材料是人类社会发展和进步的物质基础，从原始社会的石器时代到现代信息时代，人类文明的每一次飞跃都与材料的革新密切相关。
进入21世纪，人类社会对材料的需求越来越高，不仅要求材料具有更高的性能，更要求材料具有更强的功能性和智能性。
而纳米科技的兴起，为材料科学研究带来了前所未有的机遇，推动了新型材料的开发和应用，也为解决人类社会面临的重大挑战提供了新的途径。
二、纳米材料的特性纳米材料是指至少在一个维度上尺寸小于100纳米的材料。
纳米尺度下，材料的物理、化学性质会发生显著变化，表现出许多传统材料所不具备的独特特性，主要体现在以下几个方面：*量子尺寸效应:当材料尺寸降至纳米尺度时，其电子能级会发生量子化，导致材料的物理性质发生显著变化，如光学性质、电学性质和磁学性质等。
*表面效应:纳米材料的表面积与体积之比远大于传统材料，导致表面原子比例大幅增加，从而使其表面活性更高，更容易发生化学反应。
*小尺寸效应:纳米材料尺寸的小巧，使其具有更高的强度、硬度和耐腐蚀性等。
*宏观量子隧道效应:纳米材料中的电子可以穿过势垒，克服传统材料中的阻碍，从而表现出更高的导电性和催化活性。
三、纳米材料的制备方法制备纳米材料的方法多种多样，主要分为物理方法和化学方法两大类。
*物理方法:主要利用物理手段将块体材料粉碎或分解成纳米尺度的颗粒，常见方法包括机械研磨法、气相沉积法、溅射法等。
*化学方法:主要利用化学反应合成纳米材料，常见方法包括溶胶-凝胶法、水热法、微乳法等。
四、纳米材料的应用纳米材料独特的性能使其在多个领域得到广泛应用，包括：1. 电子与信息技术领域*纳米电子器件:纳米材料的高导电性和高表面积使其在微电子器件、纳米开关、纳米存储器等方面具有广阔应用前景。
新材料与新能源发展的前沿与趋势
新材料与新能源发展的前沿与趋势新材料与新能源是当前社会发展的热点领域，也是未来经济和社会发展的重要方向。
随着科技的不断进步和人们对环境保护的重视，新材料和新能源的发展被寄予了更高的期望和要求。
本文将分析新材料与新能源的前沿与趋势，以期为读者提供更深入的了解与思考。
一、新材料的前沿与趋势1. 先进材料先进材料是近年来发展最快、最具前沿性的一类材料。
它们拥有出色的物理、化学、机械等性质，同时也具有优异的热、电、光、声等特性。
先进材料的应用范围非常广泛，从航空航天、核能应用到新能源、智能制造等领域都有涉及。
例如，石墨烯、碳纳米管、纳米颗粒、纳米纤维等先进材料因其材料结构的独特性和优异的性能，被认为是未来材料领域的“明日之星”。
2. 生物材料生物材料是生命科学与材料科学的有机结合，被广泛应用于医疗、食品、环境等领域。
也被称为“绿色材料”，因为它们是从天然有机材料中提取的，并且对环境无污染。
可生物降解聚合物、蛋白质、细胞载体等都属于生物材料的范畴。
在医疗领域，许多生物材料被用来修复、替代人体自然组织，如骨骼、关节、心脏等；在环保领域，生物材料通过生物降解的过程，实现废弃物的无害化处理。
3. 智能材料智能材料因其能响应外界环境改变而自动改变其自身属性而得名，如温度、光照、电磁场等。
智能材料可以应用于生物传感器、医疗监控、机器人、智能家居等领域，这些领域对智能材料的需求量不断增加。
目前智能材料的发展还处于探索阶段，但是前景可期。
二、新能源的前沿与趋势1. 太阳能太阳能是目前最为成熟、最为广泛应用的一种新能源。
光伏发电技术是太阳能的核心技术，目前已被大规模应用于工业、民用、农业等领域，尤其是在初级能源资源丰富的发展中国家和地区，其应用前景更是广阔。
太阳能可以分为有机太阳能电池、无机太阳能电池两类，为解决新能源的可持续性及电力储存方面提供了新的思路。
2. 风能风能是一种出现早、并具有巨大潜力的新能源。
风能发电技术在全球的应用率不断上升，又分为风力机和直接驱动两种类型。
化学工程专业毕业论文研究方向指南
化学工程专业毕业论文研究方向指南一、引言在化学工程专业的学习中，毕业论文是一个重要的环节，对于选择一个合适的研究方向非常关键。
本文将为化学工程专业的学生提供一些指南，帮助他们在选择毕业论文研究方向时能够做出明智的决策。
二、化学工程领域热门研究方向1. 新能源材料与技术随着全球能源危机的加剧以及环境污染的日益严重，新能源研究成为了当今化学工程领域的热门方向。
新能源材料的开发与应用成为了许多研究人员关注的重点，如太阳能电池、燃料电池、储能技术等。
2. 环境保护与治理技术环境问题是人类面临的一个重大挑战，因此在化学工程专业中，环境保护与治理技术的研究也备受关注。
例如，大气污染控制、废物处理与资源化利用等领域的研究，都可以作为毕业论文的研究方向。
3. 医药化学与生物工程医药化学与生物工程是化学工程与现代医学的结合，研究方向非常广泛。
在这个领域中，可以研究新型药物的合成与开发、药物传输系统的设计与优化，以及生物工程技术在药物生产中的应用等。
4. 工业催化与反应工程工业催化与反应工程是化学工程领域中的核心研究方向，该领域研究内容包括催化剂的设计与制备、催化反应的机理研究以及催化反应工程的优化。
在此方向上进行毕业论文研究，不仅可以深入了解催化反应的机制，还可以为工业生产提供技术支持。
5. 新材料与纳米技术新材料与纳米技术是近年来迅速发展的领域，对于解决许多传统材料所面临的问题具有巨大的潜力。
例如，研究纳米材料的合成方法、材料表面的改性以及纳米材料的性能测试等，都是热门的研究方向。
三、选择研究方向的参考因素在选择毕业论文的研究方向时，考虑以下几个因素可能会对你的决策有所帮助：1. 个人兴趣与专业背景对于一个专业的研究方向来说，个人的兴趣和专业背景是至关重要的。
选择自己感兴趣的研究方向，既可以提高学习动力，也能够使研究过程更加愉快。
2. 研究前沿与发展潜力选择具备前沿性和发展潜力的研究方向，可以为未来的学术研究或者职业发展打下坚实的基础。
材料的发展史(经典)
材料与人类社会的关系如何？
• 在人类社会的发展和进步过程中，材料是一个带有时 代和文明标志的基础。人类和材料的关系非常广泛、非常 密切。也非常重要，在这点上很少能有其他领域与之相比。 其实，人类文明的发展史，就是一部学习利用材料、制造 材料、创新材料的历史。
• 材料是人类一切生产和生活活动的物质基础，历来是 生产力的标志，被看成是人类社会进步的里程碑。对材料 的认识和利用的能力，决定着社会的形态和人类生活的质 量，所以人类从来没有中断过追求更好的材料，让材料具 有更优异的性质或者前所未有的功能来满足人类世世代代 发展中层出不穷的新的需要和追求。
绕右袖圆口作近360度的转动，使 光照方向转动，拉动转门又能改 变遮光角度 • 有巧妙的消烟灭尘装置。
• 宫灯是空心的,壁厚均匀且较薄； • 宫女的右袖是连通空心的，形成一条烟道。 • 油烟及未完全燃烧的残碳由袖部进入头腔内,
碰到腔壁冷却减速以后就会附着在腔体内侧； • 宫女的头部是可拆卸的，可定期清除积垢。
所以，一部人类文明史，从某种意义上说，也可以称之 为世界材料发展史。每一种新材料的发现，每一项新材料技 术的应用，都会给社会生产和人类的生活带来巨大改变，把 人类社会推向前进。
材料发展的历史演进
• 天然材料 陶瓷 青铜 铁 钢 有色金属 高分子材料 新型材料
在人类发展的历史长河中，材料起着举足轻重的作用 ，人类对材料的应用一直是社会文明进程的里程碑。古代 的石器、青铜器、铁器等的兴起和广泛利用，极大地改变 了人们的生活和生产方式，对社会进步起到了关键性的推 动作用，这些具体的材料(石器、青铜器、铁器)被历史学 家作为划分某一个时代的重要标志。如石器时代、青铜器 时代、铁器时代等。
青铜人立像 • 国宝级文物 • 世界上目前发现的最大 • 最完整的青铜大立人像 • 号称“铜像之王”
十大战略性支柱产业集群及对应行业
十大战略性支柱产业集群及对应行业〔摘自20个产业集群行动计划（2021-2025年），供参考〕1.新一代电子信息产业集群包含国民经济行业分类中的计算机制造、通信设备制造、广播电视设备制造、雷达及配套设备制造、非专业视听设备制造、智能消费设备制造、电子器件制造、电子元件及电子专用材料制造、其他电子元件制造9项中类36项小类。
2.绿色石化产业集群包含石油加工业、化学原料和化学制品制造业、化学纤维制造业、橡胶和塑料制品业等4大类60中类。
3.智能家电产业集群包含国民经济行业分类中的电气机械和器材制造业、计算机、通信和其他电子设备制造业、通用设备制造业等3个大类9个中类中的28个小类。
4.汽车产业集群包含“汽车制造业”中的“汽车整车制造（汽柴油车整车制造和新能源车整车制造）、汽车用发动机制造、改装汽车制造、低速汽车制造、电车制造、汽车车身及挂车制造、汽车零部件及配件制造”等1个大类7个中类8个小类。
5.先进材料产业集群包含非金属矿物制品业，黑色金属冶炼和压延加工业，有色金属冶炼和压延加工业，金属制品业，化学原料和化学制品制造业，化学纤维制造业，橡胶和塑料制品业，计算机、通信和其他电子设备制造业等8大类25中类中的93小类。
6.现代轻工纺织产业集群包含国民经济行业分类中的纺织业，纺织服装、服饰业，皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋业，木材加工和木、竹、藤、棕、草制品业，家具制造业，造纸和纸制品业，印刷和记录媒介复制业，文教、工美、体育和娱乐用品制造业，化学原料和化学制品制造业，化学纤维制造业，橡胶和塑料制品业，非金属矿物制品业，金属制品业，专用设备制造业，铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造业，仪器仪表制造业，其他制造业等17个大类57个中类中的174个小类。
7.软件与信息服务产业集群包括满足信息技术需求的服务产品与服务过程，具体涉及软件产品、信息技术服务、嵌入式系统软件、信息安全等领域。
8.超高清视频显示产业集群主要包括设备制造、节目制作、传输服务、行业应用等领域和环节。
材料科学前沿综述
材料科学前沿综述
材料科学是一门不断发展的学科，不断涌现出新的前沿技术和新
材料。
下面我们从三个方面来综述材料科学的前沿发展。
一、纳米材料
纳米是指粒子的直径在1~100纳米范围之内的材料。
纳米材料是自由程、表面积、氧化活性等物理和化学性能都发生了很大变化的材料。
纳米材料的研究与应用已经渗透到许多领域，如化学、生物学、物理学、医学、农业等，已成为当今世界的热点研究领域。
二、能源材料
能源材料是指能够直接或间接地转化、储存和传递能量的材料。
能源
材料的研究与发展一直是人类探索可再生能源和资源的重点。
目前，
太阳能、风能、水能等可再生能源越来越受到关注，新型材料的研发
也为其提供了良好的支持。
能源材料的研究不仅在环保领域非常重要，还对国家经济发展具有重要意义。
三、生物材料
生物材料是指用于治疗、修复和替代生物组织的材料。
随着医学技术
的不断进步，对生物材料的研究和应用也越来越广泛。
目前，生物医
学材料已经成为了医学界的重要分支。
通过研究生物材料，可以开发
出更加安全、有效的医疗产品，为人类健康做出贡献。
综上，纳米材料、能源材料和生物材料是当今材料科学中的前沿
领域。
这些领域的研究为人类提供了更多的可能性，让我们相信在不
久的将来，科技对人类生活的帮助将会越来越大。
总结十种新材料的简介、分类、研究热点与应用
十种新型材料的简介与应用1电子信息材料A 定义：指与电子工业有关的，在电子学与微电子学中使用的材料，是制作电子元器件和集成电路的物质基础。
B 分类：电子功能材料，结构材料及工艺与辅助材料.1按用途分：结构电子材料和功能电子材料A 结构电子材料是指能承受一定压力和重力，并能保持尺寸和大部分化学性质稳定的一类材料。
B功能电子材料是指出强度性能外还有特殊性能，或实现光电磁热力等不同形式的交互作用和转换的非结构材料2按组成（化学作用分）：无机电子材料和有机电子材料A无机电子材料可以分为金属材料和非金属材料B有机电子材料主要是指高分子材料、3按材料的物理性质：导电材料、超导材料、半导体材料、绝缘体材料、压电铁电材料，磁性材料，光电材料和磁感材料。
4按应用领域分：微电子材料、电器材料、电容器材料、磁性材料、光电子材料、压电材料、电声材料等。
C 代表例子：包括单晶硅为代表的半导体微电子材料；激光晶体为代表的光电子材料；介质陶瓷和热敏陶瓷为代表的电子陶瓷材料；钕铁硼（NdFeB）永磁材料为代表的磁性材料；光纤通信材料；磁存储和光盘存储为主的数据存储材料；压电晶体与薄膜材料；贮氢材料和锂离子嵌入材料为代表的绿色电池材料等.D 研究热点技术前沿: 当前的研究热点和技术前沿包括柔性晶体管、光子晶体、SiC、GaN、ZnSe等宽禁带半导体材料为代表的第三代半导体材料、有机显示材料以及各种纳米电子材料等。
虽然光电子技术发展非常快，但是以集成电路为主的电子和微电子技术仍然在目前信息技术中占相当大的比重，以硅材料为主体、化合物半导体材料及新一代高温半导体材料共同发展的局面在21 世纪仍将成为集成电路产业发展的主流。
单晶硅材料工业是现代信息产业的基础，在可以预见的将来仍将主宰微电子产业。
硅晶片属于资金密集型和技术密集型行业，在国际市场上产业相对成熟，生产和技术被日美少数几家大公司所垄断。
我国初步具备了生产大直径单晶的产业化能力，但在产品质量和加工深度等方面与国际水平有较大差距。
化学和材料科学的重要性和进展
化学和材料科学的重要性和进展化学和材料科学是现代社会中至关重要的学科领域之一，它们对于人类社会的发展和进步起着至关重要的作用。
在过去的几十年里，化学和材料科学取得了巨大的进步和发展，为我们的生活、生产和环境保护带来了巨大的改变和贡献。
本文将主要介绍化学和材料科学的重要性，并探讨它们在过去、现在和未来的发展趋势。
一、化学和材料科学在社会发展中的重要性1.支撑工业生产。
化学和材料科学为各种行业提供了各种各样的基础原料和产品，包括化工、医药、建筑、电子、能源、航空航天等领域。
化学技术和材料科学的不断进步，为工业生产提供了更为高效、环保的生产技术，促进了工业生产的发展和进步。
2.保护环境。
化学和材料科学的进步为环境保护提供了重要的支持。
例如，环保材料和绿色化学技术的发展，可以减少对环境的污染和损害，更好地保护我们的环境。
3.促进科学研究。
化学和材料科学是一门基础科学，它们对于其他科学领域的发展起着至关重要的推动作用。
例如，在生物医学领域，许多医学技术和药物研发都离不开化学和材料科学的支持。
4.改善生活质量。
化学和材料科学的发展为人们的生活带来了很多便利，例如新材料的引入，使得人们的生活更为安全、舒适、方便。
5.探索未知领域。
化学和材料科学的研究成果还可以为人类文明和科技进步提供新的可能性，为人类未来的发展提供更多新的方向和机会。
二、化学和材料科学的发展趋势1.绿色化学。
绿色化学是未来化学发展的重要方向，它主要通过改进和创新化学生产的方法和工艺，在减少对环境的污染和资源消耗的同时，实现更高的效益。
绿色化学技术的发展将会对化工产业和环境保护产生深远的影响。
2.新能源材料。
随着能源危机的逐渐加剧，新能源材料的研究和开发成为了全球研究的热点。
新能源材料的开发可以为我国未来的可持续发展提供更多的机遇。
3.仿生材料。
仿生材料是近年来兴起的一个新的研究领域，它的发展很可能对医学、生物工程和环保等领域产生深远影响。
通过仿生原理制备的材料具有许多生物材料无法具备的优点，例如具有更好的稳定性、可控性和可调性。
新材料与能源技术应用研究
新材料与能源技术应用研究引言随着科技的发展和经济全球化趋势的加速，新材料与能源技术应用研究日益受到关注。
新材料技术是指利用先进的材料制备技术或应用新型材料设计制备的技术，包括金属材料、高分子材料、纳米材料等领域。
能源技术应用研究则主要围绕能源的开发、转换、利用与存储等方面，包括传统能源和新型能源领域的技术研究。
新材料与能源技术应用研究正朝着更加复杂和多样化的方向发展，对国家科技创新和经济持续发展具有重要的推动作用。
一、新材料技术应用研究（一）金属材料金属材料是工业化社会中最基础、最广泛应用的材料之一。
金属材料现代化必须注重材料的性能、结构与功能的统一。
仅有性能的提高已经无法满足工程实际需求，必须寻求新的思路，在新的领域发展新的材料。
例如，研究新型强度高、韧性好、密度低的超轻金属材料，可以用于航空航天、汽车等领域。
同时，研究有着自愈性、自修复性的超细金属材料，有望应用于人工关节、医用器械等行业。
（二）高分子材料高分子材料是由多个单体分子在化学键作用下连接形成的高分子化合物。
高分子材料一般具有较轻的重量、稳定的性质和较好的加工性能，是一种重要的工程材料。
通过研究改性高分子材料、超分子材料、生物可降解高分子材料等新型材料，可以使高分子材料功能更加优化，并在医疗、电子信息等领域得到广泛应用。
（三）纳米材料纳米材料是指尺寸在1-100纳米之间的一种材料，由于它的具有钙钛矿、层状、分层、管状、球形、棒状等不同形态，独特的物理、化学、光学、生物学等性质，因此在催化、燃料电池、生物传感、太阳能电池等领域有着广泛应用前景。
二、能源技术应用研究（一）传统能源传统能源是指化石能源和水电等属于自然资源的基础性能源。
化石能源是当今人类能源结构中最重要的组成部分之一，但城市化加快、人口增加等问题已经凸显出全球能源供应的紧张。
研究新型油气勘探技术、石油采收技术、煤化工技术、热能利用技术等，对于传统能源的可持续利用至关重要。
（二）新型能源新型能源指的是太阳能、风能、地热能、生物质能等新型、清洁能源。
现代新型材料有哪些
现代新型材料有哪些现代新型材料是指在科技发展的推动下，通过新的材料制备技术和新的材料设计理念，所研发出来的具有优异性能和特殊功能的材料。
这些新型材料在各个领域都有着广泛的应用，包括航空航天、电子信息、能源环保、生物医药等多个领域。
在现代科技的发展下，新型材料的研究和应用已经成为推动产业升级和经济发展的重要引擎。
下面我们就来了解一下现代新型材料有哪些。
首先，碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米材料，具有极高的强度和导电性能，因此在电子器件、材料强化、纳米传感器等领域有着广泛的应用前景。
碳纳米管不仅可以用于制备超高强度的复合材料，还可以用于制备柔性显示屏、柔性电池等新型电子器件，具有巨大的市场潜力。
其次，石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有极高的导电性和热导率，同时还具有极强的机械强度和柔韧性。
石墨烯可以用于制备超薄柔性电子器件、高性能锂离子电池、高效热导材料等，被认为是未来电子器件和能源材料的重要候选材料。
另外，高性能聚合物材料也是现代新型材料中的重要代表，包括高性能工程塑料、高性能纤维和高性能弹性体等。
这些材料具有优异的力学性能、耐热性能和耐腐蚀性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子器件等领域。
此外，形状记忆合金是一种具有记忆性能的金属材料，可以在外界作用下发生形状变化，并且在去除外界作用后恢复原状。
形状记忆合金可以用于制备智能材料、智能结构和医疗器械等，具有广阔的应用前景。
最后，纳米复合材料是由纳米尺度的多相组成的复合材料，具有优异的力学性能、导热性能和光学性能。
纳米复合材料可以用于制备高强度轻质结构材料、高效导热材料、光学器件等，是现代新型材料中的热点研究领域。
综上所述，现代新型材料涵盖了碳纳米管、石墨烯、高性能聚合物材料、形状记忆合金和纳米复合材料等多种材料，这些材料在推动科技创新和产业发展方面发挥着重要作用，对于提高材料性能、拓展材料应用领域具有重要意义。
随着科技的不断进步，相信新型材料领域将会迎来更多的突破和创新。
材料科学的发展趋势
材料科学的发展趋势随着科技的飞速发展，材料科学作为支撑现代社会发展的重要领域，正在不断涌现出新的发展趋势和方向。
本文将就纳米技术、复合材料、生物材料、环境友好材料、智能材料、高性能材料、材料模拟与计算、增材制造以及材料表征与测试等方向进行详细探讨。
一、纳米技术纳米技术是利用纳米尺度（1-100纳米）的物质进行设计、制造和应用的技术。
随着纳米科技的发展，纳米材料在物理、化学、生物等领域展现出优异的性能，为材料科学带来了革命性的变化。
未来，纳米技术将继续在能源、医疗、环保等领域发挥重要作用。
二、复合材料复合材料是由两种或两种以上材料组成的新型材料。
通过合理的材料组合和结构设计，复合材料能够实现优异的物理、化学和机械性能。
未来，复合材料将在航空航天、汽车、建筑等领域发挥重要作用，推动产业升级和科技进步。
三、生物材料生物材料是一种用于替代、修复或增强人体组织和器官功能的材料。
随着人口老龄化和医疗技术的进步，生物材料市场呈现出巨大的发展潜力。
未来，生物材料将进一步拓展到药物输送、基因治疗等领域，为医疗健康事业提供更多可能性。
四、环境友好材料随着环保意识的日益增强，环境友好材料成为当前及未来发展的重要趋势。
这类材料具有可持续性、可降解性等特点，对于降低环境污染、促进可持续发展具有重要意义。
环境友好材料将在建筑、包装、纺织等领域得到广泛应用。
五、智能材料智能材料是一种能够感知外部刺激并作出相应反应的材料。
这类材料结合了传感、驱动以及信息处理等功能，可广泛应用于机器人、航空航天、医疗等领域。
智能材料的出现将为人类生活带来更多便利和安全保障。
六、高性能材料高性能材料是一种具有优异力学性能、耐高温、耐腐蚀等特性的材料，广泛应用于航空航天、能源、交通等领域。
随着科技的进步，对高性能材料的性能要求也越来越高，其发展前景广阔。
七、材料模拟与计算利用计算机模拟和计算材料性能已成为当前及未来发展的重要趋势。
通过计算机模拟和计算，可以更深入地理解材料的微观结构和性能关系，为新材料的研发提供有力支持。
材料的发展趋势
材料的发展趋势材料的发展趋势指的是未来材料科学领域在技术、功能和性能上的发展方向。
近年来，随着科技的不断进步，材料领域也迎来了许多创新和突破。
以下是材料发展趋势的一些主要方向：1. 可持续材料：由于环境污染和资源短缺等问题日益加剧，可持续材料成为材料领域的热点。
可持续材料指的是资源利用高效、循环利用率高、对环境和人体安全的影响较小的材料。
例如，生物可降解材料、可再生能源材料等都具有较高的发展潜力。
2. 纳米材料：纳米材料是指具有一个或几个尺寸小于100纳米的材料。
由于其具有特殊的物理、化学和力学性质，纳米材料已经在许多领域得到广泛应用，如电子、医学、环境等。
未来，纳米材料的发展方向主要集中在提高制备技术的可控性、改善材料性能的一致性以及开发全新的纳米材料。
3. 智能材料：智能材料是指具有感知、响应和控制功能的材料。
随着人工智能和物联网技术的快速发展，智能材料将扮演重要的角色。
未来智能材料的发展方向包括提高材料的响应速度和灵敏度、实现多功能性和高温耐久性等。
4. 超材料：超材料是指通过结构的设计和组合来获得材料的优异性能。
超材料可以在某些特定频率、波长或温度范围内表现出特殊的光学、声学和热学性质。
未来超材料的发展方向主要包括设计和制备更复杂的结构和功能、探究新的超材料性质以及实现可控性和可调性。
5. 生物材料：生物材料是指用于生物医学应用的材料，包括医用材料和组织工程材料等。
随着人口老龄化和医疗技术的进步，生物材料在医学领域的应用前景巨大。
未来，生物材料的发展方向主要包括提高材料的生物相容性、增强材料的机械性能，以及实现个性化和定制化。
总之，材料的发展趋势是多样化和多方向的。
可持续材料、纳米材料、智能材料、超材料和生物材料等都是未来材料科学领域值得关注的重要方向，这些趋势将对科技进步和社会发展产生积极的影响。
现代功能材料知识点总结
现代功能材料知识点总结引言现代功能材料是指具有特定功能和性能的新型材料，它们在材料科学领域具有重要的应用价值。
现代功能材料不仅具有传统材料的结构和性能，还具有一些特殊的物理、化学或生物功能。
本文将从功能材料的类型、特点、应用以及前沿研究领域等方面进行总结。
一、功能材料的类型1. 结构材料结构材料主要用于支撑、连接和保护其他物体，包括金属、陶瓷、聚合物等。
这类材料一般需要具备高强度、高刚性、良好的耐磨性和耐腐蚀性。
2. 功能材料功能材料是指那些具有某种特定功能和性能的材料，包括光、磁、电、热、声等功能材料。
它们可以根据功能的不同被分为光功能材料、磁功能材料、电功能材料、热功能材料等。
3. 复合材料复合材料是指由两种或多种不同性质和结构的材料按照一定的比例和方式混合或叠层而成的材料，其性能优于单一材料。
常见的复合材料有玻璃钢、碳纤维复合材料、陶瓷复合材料等。
4. 先进功能材料先进功能材料是指那些可以通过外部刺激产生一定功能的材料，包括智能材料、敏感材料、可控材料等。
这类材料具有自感应、自响应、自适应等特性，可以被用于传感器、执行器、光、电、磁、声等器件。
二、功能材料的特点1. 特定功能功能材料具有特定的物理、化学或生物功能，可以产生一定的响应和效果。
不同的功能材料在不同的应用领域有不同的特点和优势。
2. 多功能性一些功能材料可以具备多种功能，例如热响应型形变材料可以在受热状态下改变形状，在降温后保持新的形状；再如磁光材料既具备光学性质，又具有磁学性质。
3. 高性能功能材料具有较高的性能，例如高强度、高硬度、高电导率等。
在一些特殊的条件下，功能材料可以展现出非常强的适应性和稳定性。
4. 可控性功能材料具有较强的可控性，能够根据特定的刺激产生相应的响应和效果。
这种可控性可以使功能材料在特定的应用场景中发挥更好的效果。
5. 高成本由于功能材料具有特殊的性能和功能，其生产成本相对较高，价格昂贵。
因此在使用功能材料时需要进行经济性和可行性分析。
材料学中的新型纳米材料研究
材料学中的新型纳米材料研究近年来，随着纳米科技的快速发展和广泛应用，新型纳米材料的研究成为材料学的热点之一、新型纳米材料具有许多优异的特性，能够满足现代科学和技术对材料的高要求。
在材料学中，新型纳米材料的研究主要包括纳米颗粒、纳米片、纳米线、纳米粉体、纳米薄膜等多种形态的纳米材料。
首先，纳米颗粒是一种最常见的纳米材料形态。
它们具有较大的比表面积和尺寸效应，因此在光学、电子、磁学、生物医学等领域有着广泛的应用。
纳米颗粒的制备方法有热法、溶胶-凝胶法、溶剂热法、微乳液法等。
常见的纳米颗粒材料有金、银、铁氧体、二氧化钛等。
其次，纳米片是指一种较薄且较大的二维纳米结构。
由于它们的特殊结构，纳米片具有优异的力学、光学和电子性能。
纳米片的制备方法有剥离法、溶液法、化学气相沉积法等。
常见的纳米片材料有石墨烯、氮化硼等。
纳米线是指一维的纳米结构，具有长宽比较高的特点。
纳米线的制备方法有溶液法、物理气相法、化学气相沉积法等。
纳米线常用的材料有二氧化硅、碳纳米管等。
纳米线具有优异的光电性能和导电性能，广泛应用于光电子器件、传感器、纳米电子器件等领域。
纳米粉体是指一种具有纳米级粒径的粉末状材料。
纳米粉体的制备方法有溶胶-凝胶法、球磨法、化学还原法等。
纳米粉体在催化、吸附、涂层等领域有着广泛的应用。
常见的纳米粉体材料有氧化锌、氧化铁等。
纳米薄膜是指一种薄而平坦的二维纳米结构。
纳米薄膜的制备方法有物理气相沉积法、溅射法、化学气相沉积法等。
纳米薄膜在光学、电子、导电、保护等领域有着广泛的应用。
常见的纳米薄膜材料有二氧化钛、氧化锌等。
总的来说，新型纳米材料的研究在材料学领域具有极大的潜力。
通过改变材料形态、尺寸和结构，可以调控材料的物理、化学、光学和电子性能，满足不同应用领域对材料的要求。
未来，随着纳米技术的不断发展和新型材料的涌现，纳米材料将继续为科技进步和产业发展做出重要贡献。
新型功能材料有哪些
新型功能材料有哪些新型功能材料是指具有特殊功能和性能的材料，能够满足现代科技发展的需要。
随着科学技术的进步和社会的发展，新型功能材料的研发和应用日益重要。
下面将介绍一些常见的新型功能材料。
第一种是纳米材料。
纳米材料是指由纳米级颗粒组成的材料。
由于其具有特殊的物理、化学和生物特性，纳米材料被广泛应用于电子、光学、医学等领域。
例如，纳米颗粒可以用于制备高效的太阳能电池，提高能量转化效率；纳米纤维可以用于制备高性能的纳米过滤材料，具有较高的去除污染物的效率。
第二种是智能材料。
智能材料是指具有对外界刺激作出响应的能力的材料，可以改变其物理、化学或机械性质。
智能材料在传感、控制、医学和工程等领域有广泛的应用。
例如，形状记忆合金具有在受热时恢复其原始形状的特性，被广泛应用于医疗器械和工程结构中；压电材料在受压或受电场作用时会产生电荷，被应用于传感器和声波器件中。
第三种是生物材料。
生物材料是指用于修复、替代或增强人体组织和器官的材料。
生物材料具有良好的生物相容性和生物活性，能够与生物组织相互作用，并促进组织再生和修复。
例如，生物陶瓷材料被用作人工骨头和关节的材料；生物可降解材料被用于制备可吸收的缝线和植入物。
第四种是光学材料。
光学材料是指能够控制或操纵光的传播、吸收和发射的材料。
光学材料在光纤通信、激光技术、显示器件等方面有广泛的应用。
例如，光波导材料具有优异的光导特性，用于制备光纤和光器件；光致变色材料具有在光照下改变颜色的特性，被用于制备光变眼镜和光致变色器件。
第五种是能源材料。
能源材料是指能够储存、转换或释放能量的材料。
能源材料在可再生能源、储能技术和电子设备等方面有重要的应用。
例如，锂离子电池材料被广泛应用于移动电子设备和电动汽车中；光催化材料可以利用太阳能进行水分解产生氢气，具有潜在的应用于清洁能源领域。
总之，新型功能材料是推动科技进步和社会发展的重要基础。
随着科技的不断进步，新型功能材料的研发和应用将会更加广泛和深入。
现代新型材料在设计中的应用
现代新型材料在设计中的应用探究摘要随着社会经济和信息科技的发展，新型材料已逐步成为设计的一个重要元素，对于完善产品的功能和丰富产品的内涵有着重要的作用。
在日趋激烈的产业竞争环境中，只有使企业和设计师认识到应用新型材料的重要性、以及新型材料在竞争中发挥的巨大的优势，才能促使企业提升市场竞争力。
21世纪是以新型材料为重要基础的知识经济时代，只有掌握了最先进的材料，才能在高技术及产业的发展上占有主动权。
关键词：新型材料设计应用探究前言本文从设计的角度对新型材料进行探索，为设计拓宽更加宽广的创作空间。
设计是科学技术与人文艺术的有机结合，实现产品的使用功能需要科学技术来支持，落实到材料，就要求材料具有某些特定的物理性能、化学性能等；能够满足人们的生活需求。
因此，本文将认真分析新型材料的基本性能，深入了解各种材料的新特性，探讨材料与人之间的对应关系，使新型材料能更好地为设计服务，通过实例分析，总结设计选择新型材料的方法、原则及一般规律，为设计师提供选择、应用新型材料的一般依据。
正文一、现代新型材料概述新型材料是高新技术的基础和先导，其本身也能形成很大的高新技术产业，当代高科技的竞争在很大程度上是新材料的发展和竞争，可以说任何高科技的进步都离不开新材料的发展和利用，谁掌握了关键新型材料的核心技术，谁就掌握了21世纪高新技术竞争的主动权，因而，材料科学已被公认为21世纪高科技产业的基石，并与信息技术、能源技术和生物技术一起列为21世纪最重要、最有发展潜力的领域。
新材料满足的条件：①新出现或正在发展中的具有传统材料所不具备的优异性能的材料；②高技术发展需要，具有特殊性能的材料；③由于采用新技术（工艺、装备），使材料性能比原有性能有明显提高，具有特殊性能的材料。
二、现代新型材料分类同传统材料一样，新型材料也可以从结构组成、功能和应用领域等多种不同角度对其进行分类，不同的分类之间又相互交叉和嵌套。
目前，一般按应用领域和当今的研究热点把新型材料分为以下的主要领域「1」：电子信息材料、新能源材料、纳米材料、先进复合材料、先进陶瓷材料、生态环境材料、新型功能材料（含高温超导材料、磁性材料、金刚石薄膜、功能高分子材料等）、生物医用材料、高性能结构材料、智能材料、新型建筑及化工新材料等。
材料科学中的重要研究成果
材料科学中的重要研究成果材料科学是一门非常重要的学科，其研究领域涵盖了各种用于工业生产和科学研究的材料，如金属、塑料、陶瓷、纤维等等。
随着科学技术的不断进步，材料科学的研究也取得了很多重要的成果，于是在这篇文章中，我将向您介绍一些材料科学中的重要研究成果。
1. 新型能源材料新型能源是近年来在全球范围内备受关注的一个领域，其研究方向主要集中在开发高效、环保、廉价的能源材料。
在这方面，有些研究者已经取得了重要的成果。
例如，有研究者开发出具有高能量密度和绿色环保的锂离子电池，以及在光能转化方面表现突出的太阳能电池等。
2. 新型金属材料随着现代工业的不断发展，对于材料质量和强度的要求也越来越高，这时候就需要新型金属材料的研发。
如今，有许多研究人员已经成功地开发出了具有极高强度、轻质化、高耐腐蚀性的钛合金，以及具有高机械强度和耐磨性的纳米晶钢等。
3. 智能材料智能材料指的是一类可以随着外界环境的变化而自动调整形态或者性能的材料，其研究方向主要包括智能传感材料、智能响应材料、智能结构材料等。
这些材料的出现，为人们的生活带来了许多便利。
目前已经有研究者成功合成了很多种智能材料，如具有超弹性、自愈合等特性的聚合物、及可以通过电场、热场等外力调节其颜色、形态和大小的纳米晶体等。
4. 功能材料功能材料是一类作用于特定环境的材料，包括光电、超导、磁性、光催化、生物材料等多个领域。
这些材料的特殊性能在各个领域都有应用价值，如美容保健、医疗器械、环保、通讯等多个方面。
目前，已经开发出了诸如利用丰富的太阳能资源进行现代工农业生产的光伏材料、用于治疗癌症、心脏病、神经系统疾病等生物医用材料、及支持石墨烯等二维材料应用的等等功能材料。
5. 纳米材料纳米材料是一种尺寸在纳米级别（1-100纳米）的新型材料。
由于其特殊的材料属性，在生物医学、材料科学、电子信息、环境保护等领域都具有重要的应用价值。
在纳米领域，科学家们已经成功地制备出了各种形状、大小和组成的纳米结构，如透明导电膜、具有良好光学性能的银纳米颗粒、钛酸钡纳米晶等。
纳米材料制备及其在能源领域的应用研究
纳米材料制备及其在能源领域的应用研究随着现代科学技术的发展，人类对于新材料的需求越来越多。
纳米材料，作为一种新型材料，由于具有独特的物理、化学、电学和机械性能，受到了人们的广泛关注。
目前，纳米材料已经在多个领域得到了广泛应用，如生物医学、环境治理、光电技术等，其中尤以在能源领域的应用研究表现突出。
一、纳米材料制备纳米材料的制备有多种方法，如化学合成法、物理制备法、生物法、溶胶凝胶法等。
其中，化学合成法是目前使用最广泛的制备方法之一。
许多纳米材料的合成都可以通过化学合成法获得。
化学合成法利用化学反应的原理，将溶液中的金属离子还原成到纳米级的金属颗粒，或者将分子反应成到纳米级的晶体颗粒。
例如，利用金属盐和还原剂反应可以制备出金属纳米颗粒。
化学合成法的优点是制备工艺简单、成本低廉、纳米颗粒分散性好，并能控制粒子尺寸和形状等特性。
除了化学合成法，物理制备法也是纳米材料制备的常用方法之一。
物理制备法有电弧放电法、热蒸发法等。
这些方法的优点是可制备大量的纳米材料，纳米颗粒性能稳定，但相对化学合成法，物理制备法工艺复杂，成本高。
二、纳米材料在能源领域的应用研究纳米材料在能源领域中的应用种类繁多。
以下介绍其中几种应用方式：1. 纳米材料在太阳能电池领域的应用纳米材料在太阳能电池领域被广泛应用。
将纳米材料添加到太阳能电池材料中，可以改善电池的性能，提高光电转换率。
纳米材料能够调整太阳能电池中传输电子的速度和方向，从而提高电池的效率。
目前正在研究的一种新型太阳能电池是钙钛矿太阳能电池，并且该太阳能电池所使用的钙钛矿材料就是使用纳米颗粒制备的。
2. 纳米材料在锂离子电池中的应用锂离子电池是目前主要的可充电电池，但其容量和寿命还需要继续提高。
纳米材料可以作为锂离子电池的电极材料，提高电池的性能。
例如，利用纳米材料制备的锂离子电池与普通电池相比，能够提高电池的容量、充电速度和循环寿命。
3. 纳米材料在超级电容器领域的应用超级电容器可以存储大量的电能，具有较高的能量密度、功率密度和长寿命等优点。
材料科学中新型纳米材料设计及其特性分析
材料科学中新型纳米材料设计及其特性分析新型纳米材料在材料科学领域中的设计及其特性分析引言：随着现代科学技术的不断进步，材料科学领域中出现了一种新型材料——纳米材料。
纳米材料是一种在尺寸上处于1至100纳米的范围内的物质，具有特殊的物理和化学性质。
利用纳米材料的独特特性，科学家们开始探索着设计和应用这些新型材料。
本文将讨论材料科学中新型纳米材料的设计方法，并分析其特性。
第一部分：新型纳米材料的设计方法在材料科学中，新型纳米材料的设计是一项复杂而具有挑战性的任务。
为了成功设计纳米材料，科学家们通常使用以下几种方法：1. 自下而上的合成方法：这种方法是通过控制原子和分子的自组装来构建纳米结构。
科学家可以通过化学反应、溶剂热合成、溶液沉淀等方法来控制纳米材料的形状、尺寸和结构。
例如，通过在沉淀反应过程中加入特定的表面活性剂，可以控制纳米颗粒的形状和尺寸。
2. 模板法：利用纳米尺度的模板，可以在模板表面上沉积材料，形成具有特定结构和尺寸的纳米材料。
例如，利用纳米孔膜模板，可以制备出具有调控孔径和孔道形状的纳米材料。
3. 机械研磨法：通过机械研磨和研磨液对材料进行机械破碎和研磨，可以制备出纳米颗粒。
这是一种简单且经济有效的制备纳米材料的方法。
第二部分：新型纳米材料的特性分析一旦成功设计和合成了新型纳米材料，科学家们会对其进行特性分析。
下面将讨论几种常见的纳米材料特性分析方法：1. 结构表征：结构表征是对纳米材料内部和表面结构的研究。
通过使用透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等技术，科学家们可以确定纳米材料的晶体结构、晶粒尺寸、晶体形貌等。
2. 动力学特性：动力学特性研究纳米材料在外界作用下的运动和变化。
例如，通过用原子力显微镜（AFM）测量纳米材料的表面形貌，可以研究纳米材料的力学性质、摩擦特性等。
3. 热学特性：热学特性是研究纳米材料的热传导、比热容、相变等性质。
科学家们可以使用热导率测量仪、差示扫描量热仪（DSC）等仪器来研究纳米材料的热学性质。
新材料与新能源技术
新材料与新能源技术随着科技的不断进步，新材料与新能源技术的研发取得了巨大突破，这不仅改变了我们生活的方式，也对环境产生了深远的影响。
一、新材料技术的发展新材料技术的引入，不仅为传统材料生产和应用带来了更好的替代方案，而且也让人们对未来的科技前景更加充满信心。
首先，新材料技术对航空航天的应用有着显著的贡献。
在现代飞行器的制造中，高温合金、超级材料、纳米材料等一系列新材料的使用，大大提高了飞行器的性能，并为更多高速、超大型的飞行器提供了可能。
其次，新材料技术还改变了当下的能源产业，推动了新的节能环保技术的发展。
例如，世界上已经开始逐渐淘汰石墨烯锂电池，而代之以更可靠、更耐用的钾离子电池。
钾离子电池可以使用常规的材料生产，除了具有低成本和高稳定性外，还可以在更广泛的应用领域中发挥作用。
此外，新材料技术对于生命科学的发展具有极大的作用。
当前医疗科技尤其需要细胞材料的展示和转化，让医疗工作者以尽可能小的伤害治愈病人，有效地控制并消除各种疾病。
新材料技术的不断创新，不仅提高了生产效率、降低了生产成本，也为多个领域带来了更多的可能和机遇。
二、新能源技术的应用与展望新能源技术的应用是现代能源转型升级的关键。
可再生能源是近年来能源技术发展的重要方向。
同时，光伏发电、风力发电、水力发电等新能源技术的发展也使得清洁能源的比重有了大大提升。
全球环保意识的觉醒，加快了新能源技术转型的进程。
在新能源技术的开发和应用过程中，储能技术是至关重要的。
燃料电池和锂离子电池已经成为很多汽车领域和大型电力应用领域内的标志性高科技。
燃料电池在通用移动设备和电动汽车领域有着广泛的应用，而锂离子电池在电动汽车和储能系统等领域发挥作用的关键。
未来，高校和科研机构对新能源技术开发的研究不会停止。
纳米材料技术、能量转化和传输技术、集成电路技术、新能源系统优化技术、波谷问题解决方案等领域，都是各界专家和学者研究的重点。
三、材料与能源的融合随着全球经济技术发展速度的加快，以材料能源为核心的高新技术产业十分活跃，新权材料与新能源技术的融合更是成为行业普遍关注的方向。
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，按现在的开采速度， 地球上已探明 的1770亿吨石油储量仅够开采50年;
已探明的173万亿立方米天然气仅够开采63年；
已探明的9827亿吨煤炭还可用300年到400 年; 已探明的铀储量约490万吨，钍储量约275万吨，全球441座 核电站每年消耗6万多吨浓缩铀，仅够使用100年左右。 世界各国水能开发也已近饱和，风能、太阳能尚无法满足 人类庞大的需求。
• 活性炭比表面积可达2000m2/g 以上，低温加压可吸附储氢。 活性炭原料易得，吸附储氢和 放氢操作都比较简单。 • 富勒烯 (C60)和碳纳米管 (CNT) 对氢气具有较强的吸附作用。 单层碳纳米管的吸氢量比活性 炭高，H2的吸附量可达5％-10 ％ (质量分数 )，有望成为新一 代储氢材料。
0 1 2 3 4 5
LaNi5H6
1.4wt%
per weight
TiFeH1.9
1.8wt%
Mg2NiH4
3.6wt%
Carbon nanotube (RT,10MPa 氢压)
0 1 2 3 4
4.2wt%
5
Hydrogen storage capacity (wt%)
储氢合金的储氢量比较
23
• 储氢合金材料达到实用目的，必须满足下列要求：
麻风树种植
麻风树果实-小桐子
11
• 2011年11月，从小桐子中提炼出的生物航空燃料应用于 波音747客机在首都机场首次验证试飞成功。 • 本次试飞由国航、中石油、美国波音公司和霍尼韦尔公 司合作完成，我校陈放教授应邀参加。
• 试飞成功标志着我国已具备研发生产航空生物燃料的技 术能力，这对于促进生物燃料应用，应对气候变化、解 决能源问题具有重要意义。
合金化合物储氢
• 在一定温度和氢气压力下能多次吸收、储存和释放 氢气的合金被称为储氢合金。 • 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 TiH2 、 ZrH1.9 、 PrH2.8 、 Ti1.4CoH、LaNi5H、MmNi4.5H6.6等。
a b
Hydrogen on Tetrahedral Sites
性方面优于LaNi5，价格仅为纯La的1/5。
27
2009年，西博会上展出的川大宝生实 业公司生产的稀土储氢合金电池
28
钛系储氢合金
• 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 大实用价值。
• TiFe活化困难，须在450℃和5MPa压力下进行活化； 抗毒性弱(特别是O2)，反复吸释氢后性能下降。
• 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。储氢合金已成 为各国都积极研发的一种很有前途的储氢方法。
我国生产的稀土储氢合金
25
稀土系储氢合金
• LaNi5 是稀土系储氢合金的典型代表，由荷兰 Philip 实验室于1969年首先研制。 • LaNi5在室温下可与一定压力的氢气反应形成氢化物 ，如下式所示：
富勒烯C60
碳纳迷管
19
无机化合物储氢
• 某些无机化合物和氢气发生化学反应可储氢，然后 在一定条件下分解可放氢。 • 利用碳酸氢盐与甲酸盐之间相互转化，吸氢和放氢 反应为：
HCO3
H2
吸氢，35℃，2.0MPa 释氢，70℃，0.1MPa
HCO2 H2O
• 以活性炭作载体，在Pd或PdO的催化作用下，以 KHCO3或NaHCO3作为储氢剂，储氢量约为2％(质 量分数)。 • 该法优点是原料易得、储存方便、安全性好，但储 氢量比较小，催化剂价格较贵。 20
Co、Cu等)和R0.2La0.8Ni5(R＝Y、Gd、Nd、Th等)。 • 用富Ce混合稀土(Mm)代替La可研制廉价的MmNi5储 氢合金，在 MmNi5 基础上开发多元合金，如 MmNi1yBy(B=Al 、 Cu、 Fe、 Mn、 Ga 、 Sn 、 Cr等 ) 系列，不
仅保持 LaNi5的优良特性，而且在储氢量和动力学特
7
• 为缓解和解决能源危机，科学家提出资源与能源最
充分利用技术和环境最小负担技术。 • 新能源与新能源材料是两大技术的重要组成部分。 • 新能源的发展必须靠利用新的原理来发展新的能源 系统，同时还必须靠新材料的开发与利用才能使新 系统得以实现，并提高其利用效率，降低成本。 • 发展新能源材料是解决能源危机的根本途径。
氢气纯化工厂
氢气纯化装置
33
• 某些储氢合金的氢化物同氘、 氚化物相比，同一温度下吸释 氘氚的热力学和动力学特性有 较大差别，可用于氢同位素的 分离。 • TiNi合金吸收D2的速率为H2的 1/10 ，将含 7%D2 的 H2 导入到 TiNi合金中，每通过一次可使 D2浓缩50%，通过多次压缩和 吸收，氘的浓度可迅速提高， 同时回收大量高纯H2。
8
新能源材料
9
• 新能源包括
• 太阳能 • 生物质能 • 核能 • 风能
太阳能 核能
风能
• 地热
• 海洋能
• 氢能
潮汐能 地热
氢能
10
• 2009年，世界第八大石油公 司巴西石油公司旗下的生物 能源公司代表来到成都，与 四川大学生命科学学院洽谈 ，希望能将四川的麻风树引 进到巴西种植。 • 麻风树是世界上公认的生物 能源树，其果实可全部用来 炼取生物柴油，而且在“碳 汇交易”市场上具有巨大潜 力，
30
储氢合金的应用
• 氢储存是储氢合金最基本的应用。
• 金属氢化物储氢密度高，采用 Mg2Ni 制成的储氢容 器与高压(20MPa)钢瓶和深冷液化储氢装置相比，
在储氢量相等的情况下，三者质量比为 1 ： 1.4 ： 1.2，体积比为1：4：1.3； 储氢合金储氢无需高压或低温设施，节省能源；
氢以金属氢化物形式存在储氢合金中，安全可靠 ，便于氢的运输和传递。
现代新型材料与纳米材料
New Materials and NanometerMaterials（8）
材料科学与工程学院 刘颖教授主讲
第八讲 新能源材料
New Energy Materials
2
主要内容
新能源材料
储氢材料 新型二次电池材料 燃料电池材料 太阳能电池材料 核能材料
• 氢密度很小，单位重量体积很大。目前市售氢气一 般是在150个大气压下储存在钢瓶内，氢气重量不到 钢瓶重量的1/100，且有爆炸危险，很不方便。
• 为解决氢的储存和运输问题，人们研发了相应的储 氢材料，主要包括活性炭、无机化合物、有机化合 物以及合金化合物四大类储氢材料。
常用高压氢气瓶
18
活性炭储氢
主要特点
新能源材料能把原来使用的能源转变成新能源；
新能源材料可提高贮能效率，有效进行能量转换；
新能源材料可以增加能源利用的新途径。
太阳能热水器
内蒙古四王子旗太阳能电池光伏电站
14
新能源的应用
15
储氢材料
16
• 氢能是人类未来的理想能源。
氢能热值高，如燃烧1kg氢可发热1.4×105kJ，相当于3kg
12
• 新能源材料是指能实现新能源的转化和利用以及
发展新能源技术所需的关键材料，主要包括：
• 储氢合金为代表的储氢材料
• 锂离子电池为代表的二次电池材料
• 质子交换膜电池为代表的燃料电池材料 • 硅半导体为代表的太阳能电池材料 • 铀、氘、氚为代表的反应堆核能材料 • ------------13
汽油或4.5kg焦炭的发热量； 资源丰富，地球表面有丰富的水资源，水中含氢量达到 11.1％； 干净、清洁，燃烧后生成水，不产生二次污染；
应用范围广，适应性强，可作为燃料电池发电，也可用于
氢能汽车、化学热泵等。
• 氢能的开发利用已成为世界特别关注的科技领域。
17
• 氢能利用关键是高密度安全储存和运输技术。
Hydrogen on Octahedral Sites
氢原子在合金化合物中的占位：(a)四面体；(b)八面体
22
• 储氢合金可储存比其体积大1000-1300倍的氢，而且 合金中存储的氢表现为 H与 H+之间的中间特性，结 合力较弱，当金属氢化物受热时又可释放氢气。
Hydrogen storage capacity (wt%)
氢同位素的应用
34
• 金属氢化物也是理想的能量转换材料。
• 氢化物热泵：以氢气为工作介质，储氢合金为能量
转换材料，相同温度下分解压不同的两种氢化物组
成热力学循环系统，以它们的平衡压差驱动氢气流 动，使两种氢化物分别处于吸氢(放热)和放氢(吸热) 状态，达到升温、增热或制冷目的。 • 德国用LaNi5/Ti0.9Zr0.1CrMn合金获得-25℃低温； • 日本用 MmNiMnAl/MmNiMnCo 制备制冷系统，连 续获得-20℃低温，制冷功率为900-1000W。
6
• 我国作为发展中大国，能源消耗巨大，能源利用 率不高，能源结构也不合理。
2009年，中国风力发电量达到了25.8亿瓦，超过了德国 的25.77亿瓦，仅次于美国35亿瓦； 2020年，中国将投入足以实现年发电量150亿瓦的风力 涡轮机，成为世界最大的风能生产国。 尽管在新能源领域有了大规模的增长，但风力发电量只 占据中国电力消耗总量的1% 。
• 为改善TiFe合金储氢特性，可用过渡元素 (M)置换部 分铁形成 TiFe1-yMy(M=Cr 、 Mn 、 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％。