电学材料读书报告

功能材料导论读书报告专业：化学品生产精细技术班级：1140601 学号：1140060107 姓名：倪成林功能材料发展概说功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。

功能材料是新材料领域的核心，是国民经济、社会发展及国防建设的基础和先导。

它涉及信息技术、生物工程技术、能源技术、纳米技术、环保技术、空间技术、计算机技术、海洋工程技术等现代高新技术及其产业。

功能材料不仅对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，还对我国相关传统产业的改造和升级，实现跨越式发展起着重要的促进作用。

功能材料种类繁多，用途广泛，正在形成一个规模宏大的高技术产业群，有着十分广阔的市场前景和极为重要的战略意义。

世界各国均十分重视功能材料的研发与应用，它已成为世界各国新材料研究发展的热点和重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。

在全球新材料研究领域中，功能材料约占 85 % 。

我国高技术(863)计划、国家重大基础研究[973]计划、国家自然科学基金项目中均安排了许多功能材料技术项目（约占新材料领域70%比例），并取得了大量研究成果。

如：1.纳米材料2.功能材料的陶瓷，称为精细陶瓷。

陶瓷的功能如表1所列，有电学、电子功能，磁学功能，光学功能，化学功能，热功能，力学功能，生物体功能等。

最近议论最多的氮化硅（si3n4）、碳化硅（sic）等高强度陶瓷，它们是具有力学功能的精细陶瓷之一。

1）电学、电子功能材料该领域中有各种类型的材料，例如：绝缘材料、压电材料、半导体材料、离子传导材料等，现将典型的材料列举如下：氧化铝（al2o3）、钛酸钡（batio3）、钛锆酸铅（pbtio3-pbzro3）、氧化锌系陶瓷（zno-bi2o3）、β-al2o3等，在表1所列领域中可以使用。

（2）磁学功能材料铁氧体就是在这种功能的材料，铁氧体有软质和硬质之分。

在软质铁氧体中，有尖晶石型（例如：nife2o4）和石榴石型（例如，y3fe5o12）；在硬质铁氧体中，有磁铅酸盐型（例如，bafe12o19）。

在表1所列领域中可以应用。

（3）光学功能材料透光陶瓷有氧化铝（al2o3）、氧化镁（mgo）；透光压电陶瓷（光电陶瓷）已知有plzt。

在表1所列领域中可以应用。

（4）化学功能材料这一领域的材料中，作为敏感元件的有：气敏元件、湿敏元件和催化剂；作为氧化物有的：氧化锡（sno）、氧化锌（zno）、复合氧化物（mgcr2o4-tio2）等，应用很广。

（5）热功能材料作为红外线辐射材料的有氧化锆（zro2）、氧化钛（tio2）。

可用作热源。

（6）生物体功能材料生物体功能材料如表1所列之陶瓷。

在各自的领域可以应用。

等等...功能材料的重要性与多样性新型功能材料发展现状当前国际功能材料及其应用技术正面临新的突破，诸如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料及材料的分子、原子设计等正处于日新月异的发展之中，发展功能材料技术正在成为一些发达国家强化其经济及军事优势的重要手段。

超导材料以nbti、nb3sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像（nmri）、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用；squid作为超导体弱电应用的典范已在微弱电磁信号测量方面起到了重要作用，其灵敏度是其它任何非超导的装置无法达到的。

但是，由于常规低温超导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氦(4.2k)系统中使用，因而严重地限制了低温超导应用的发展。

高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用温度从液氦（ 4.2k）提高到液氮（77k）温区。

同液氦相比，液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。

另外，高温超导体都具有相当高的上临界场[h c2 (4k)>50t]，能够用来产生20t以上的强磁场，这正好克服了常规低温超导材料的不足之处。

正因为这些由本征特性tc、hc2所带来的在经济和技术上的巨大潜在能力，吸引了大量的科学工作者采用最先进的技术装备，对高tc超导机制、材料的物理特性、化学性质、合成工艺及显微组织进行了广泛和深入的研究。

高温氧化物超导体是非常复杂的多元体系，在研究过程中遇到了涉及多种领域的重要问题，这些领域包括凝聚态物理、晶体化学、工艺技术及微结构分析等。

一些材料科学研究领域最新的技术和手段，如非晶技术、纳米粉技术、磁光技术、隧道显微技术及场离子显微技术等都被用来研究高温超导体，其中许多研究工作都涉及了的前沿问题。

高温超导材料的研究工作已在单晶、薄膜、体材料、线材和应用等方面取得了重要进展。

新型能源材料太阳能电池材料是新能源材料研究开发的热点，ibm公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达40%。

美国能源部在全部氢能研究经费中，大约有50%用于储氢技术。

固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜和电池阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等，都是目前研究的热点。

能源材料篇二：电化学读书报告电化学测量技术简介腐蚀测量技术涉及范围较广，如电化学测量，金相显微技术，表面能谱与电镜，偏光椭圆仪，超声波测厚，材料力学试验与测量，以及生物鉴定与丰富培养试验等。

由于绝大多数腐蚀过程的本质是电化学性质的，在腐蚀机理研究、腐蚀试验及其工业腐蚀监控中，广泛地利用金属/电解质界面（双电层）的电化学性质，所以电化学测试技术已成为重要的腐蚀研究方法。

但是由于实际腐蚀体系是千变万化和十分复杂的，因此当把实验室的电化学测试结果推广到实际应用时，必须十分谨慎，而且往往还需要借助于其它定性或定量的试验研究方法综合分析评定和鉴证。

总之，在考虑电化学研究方法优点的同时，应十分注意它的局限性。

以下介绍部分电化学测量的实验装置、理论依据和操作方法。

电化学测量技术的实验装置: 一．电解池电解池的结构和电极的安装对电化学测量有很大影响，因此正确设计和安装电解池体系，是电化学测试中非常重要的环节。

设计和安装电解池时应当考虑下列因素：1．便于精确测定电极电位。

为此，所有实验均应采用三电极电解池。

为了减小溶液的欧姆电压降对电位测量和控制的影响，应将参比电极通过鲁金毛细管靠近研究电极，且毛细管位置要选择适当，一般与研究电极表面的距离为毛细管直径的2倍。

2．应使研究电极表面上的电流密度分布均匀，从而使电位分布均匀，为此要根据电极的形状和安装方式正确地选择辅助电极的位置。

（a）研究电极为平面电极时，辅助电极也应为平面电极，且两个电极的工作平面要相互平行，电极背面要绝缘；如果研究电极的两面都工作，则应当在其两侧各放一个辅助电极。

（b）研究电极为丝状或滴状电极时，辅助电极应为长圆筒形，辅助电极直径要远远大于研究电极的直径，参比电极要放在研究电极的中心位置。

3．电解池的体积要适当，而且要考虑到电极面积的大小以及电极面积与溶液体积之比。

电解池体积太大，消耗溶液太多，造成浪费；体积太小，在长时间的测量中，会引起溶液成份的变化，影响测定结果。

电极面积的大小主要根据研究目的、设备条件（如恒电位仪的输出功率）等因素综合考虑。

为了辅助电极不发生明显极化，通常采用大面积辅助电极。

电极面积与溶液体积比，对不同实验要求也不同。

在金属腐蚀研究中，为了避免过快的消耗溶液而使得溶液成份发生变化，电池面积与溶液体积之比不宜太大，一般要求50ml溶液/cm2电极面积。

4．电化学测量中应尽量减少外界物质对电解体系的影响。

用装有研究溶液的盐桥可以减少参比电极内充溶液对研究体系的干扰。

为防止辅助电极上氧化还原反应产物对研究电极的影响，通常在研究电极室与辅助电极室之间用烧结微孔玻璃隔开。

如果测量需要在一定气氛下进行，电解池必须有通气装置和水封，搅拌和恒温装置。

美国材料协会推荐使用全玻璃磨口的一立升七口圆底电解池用于腐蚀研究。

电解池为圆瓶状，中间为研究电极，有两个对称的辅助电极，参比电极经盐桥上的鲁金毛细管与研究电极毗连。

二．电极：研究电极(试样)：要求表面干净光亮，有准确的暴露面积，便于连续操作，应当使电力线均匀分布。

参比电极：必须是可逆电极，它在规定条件下具有稳定而重现的可逆电极电位。

对参比电极的要求是：(1)可逆性好，不易极化； (2)电极电位稳定； (3)电位重现性好； (4) 温度系数小；(5)制备、使用和维护方便。

辅助电极：一般使用稳定性好的铂、或金属氧化物电极，也可以使用在研究介质中保持惰性的金属材料如ag、ni、w、pb等，在特定情况下有时使用指定材料。

三．电势测量仪器：一般使用高阻数字电压表、ph计、离子计、直流电位差计、直流数字电压表以及用运算放大器和晶体管组成的各种高阻电压表等等。

四．电流测量仪器：可以直接使用数字式或指针式电流表串联在辅助电极线路中测量电流。

也可以串联一标准电阻(如电阻箱)后用数字电压表测量电阻的端电压，再换算成电流。

这样用一个数字电压表通过双刀双掷开关，即可测电势，又可测电流。

其一、电极电位测量 1.原理浸在某一电解质溶液中并在其界面发生电化学反应的导体称为电极。

当金属于电解质溶液接触时，在金属与溶液的界面处将产生电化学双电层，此双电层两侧的金属相和溶液相之间的电位差称为电极电位。

至今无论是用理论计算还是试验测定，都无法得到单个电极上双电层电位差的绝对值，即不能直接测定单个金属电极的绝对电极电位。

但是，电池电动势是可以精确测量的，只要将研究电极与另外一个选定的参比电极构成原电池，测量其电动势，也就是两个电极的电位差，通过比较的方法就可以确定所研究的金属电极的相对电极电位。

只要参比电极的电极电位是稳定不变的，就可以测定所研究电极的电极电位随时间的变化规律，也可以相对比较不同金属在同一电解质溶液中或同一金属在不同电解质溶液中的电极电位。

如果参比电极的电极电位值是已知的，那么一系列金属的电极电位也就可以定量计算了。

为此国际上统一规定，氢离子活度为1的氢电极在298k和氢气压力为1atm时的电极电位为零，此电极是标准氢电极。

此外参比电极种类很多，在记录或报告试验结果时必须同时注明参比电极的种类。

2.测量技术电极电位测量一般有两类：一类是测量腐蚀体系无外加电流作用时的自然腐蚀电位及其随时间的变化；另一类是测量金属在外加电流作用下的极化电位及其随电流或时间的变化。

电极电位测量比较简单，但技巧性很强。

除了研究电极外，需要一个参比电极和一个电位测量仪器，以及一个装有试验电解质溶液的电解池。

测量电位时必须保证由研究电极和参比电极组成的测量回路中无电流通过，或电流小到可以忽略不计，否则将由于电极本身的极化和溶液内阻上产生欧姆电压降而引起测量误差，影响测量精度。