低 维 材 料 与 相 变 现 象 简 介
相变储能材料的研究及应用_张静
相变储能材料的研究及应用张 静,丁益民,陈念贻(上海大学化学系熔盐化学研究室,上海 200436)摘 要:综述了相变储能材料的研究进展和实际应用。
介绍了相变材料的分类以及各类相变材料的性能、储能机理和优缺点;介绍了一些新型的相变材料,并结合实例探讨了相变材料在太阳能利用、建筑节能等领域的应用;展望了未来相变材料的发展方向和应用前景。
关键词:相变材料;热能储存;温度控制;太阳能中图分类号:TK 02 文献标识码:A 文章编号:1008-858X(2005)03-0052-060 前 言相变过程一般是一等温或近似等温过程,相变过程中伴有能量的吸收或释放,这部分能量称为相变潜热,利用相变过程的这一特点开发了许多相变储能材料。
与显热储能材料相比,潜热储能材料不仅能量密度较高,而且所用装置简单、体积小、设计灵活、使用方便且易于管理。
另外,它还有一个很大的优点,即这类材料在相变储能过程中,材料近似恒温,可以以此来控制体系的温度。
利用储能材料储能是提高能源利用效率和保护环境的重要手段之一,可用于解决热能供给与需求失配的矛盾,在能源、航天、军事、农业、建筑、化工、冶金等领域展示出十分广泛和重要的应用前景,储热材料的研究目前已成为世界范围内的研究热点。
相变储能材料的相变形式一般可分为四类:固)))固相变、固)))液相变、液)))气相变和固)))气相变。
由于后两种相变过程中有大量气体,相变物质的体积变化很大,因此,尽管这两类相变过程中的相变潜热很大,但在实际应用中很少被选用。
与此相反,固)))固相变由于体积变化小,对容器要求低(容器密封性、强度无需很高),往往是实际应用中希望采用的相变类型。
有时为了应用需要,几种相变类型可同时采用。
相变储能材料按相变温度的范围分为高温(大于250e )、中温(100~250e )和低温(小于100e )储能材料;按材料的组成成分又可分为无机类、有机类(包括高分子类)及无机)))有机复合相变储能材料。
新型低成本三维复合材料引发世界多个产业新变革
①层 间易开 裂 。 现有 纤维复 合 材 料 多 由纤维布 、 浸布 等纤维 片材 垒 预 叠相 加 到一定 厚度 ， 经树 脂基 体固化
而成 ， 图 ｌ 如 所示 …。 片材 平 面 的二维
强纤维及其复合材料 制品作为 中国战 略性新 兴产业的一部分 ， 具有质 量轻 、
强度高 、 耐腐蚀和 隐蔽ｌ ｆ 生独特等 优点 。
用纺 织技 术高 效率生 产 。 由于难于 自 动化 机械 操作 纤维片 材 ， 只有 飞机 制 造等对纤维 片材的叠层准确性要 求很
高的尖端行业 才能够采用 昂贵 的纤维
新学 科 ， 为 中国原始 创新 的一 个亮 成
一
、
使 新型低 成本三维 复合材 料 点 ， 中国复合 材料制 品迅 速迈上 一
做材料 必 然要 经过线 、 、 体 的过 面 板／
程， 但是 在生 产纤维 复合 材料 制 品的
整个 生产 流程 中 ， 只有 线到面 可 以使
度 很低 的 问题 ， 可能 将世 界复合 材 有
料 从二 维时 代整 体提升 到三 维时代 ， 引发 新 变革 ， 辟 复合 材 料 新多个产业新变革
■ 文 ／ 楠林 韩
无锡 （ 阴） 飞 纤维 材 料 科 技 有 限 公 司 江 安
碳 纤 维、 芳纶 、 乙烯 、 聚 玻纤 等 高
料技术 是波音和空 中客车争霸 的第 一
关键技 术 ， 也是 我 国 民用 大飞 机项 目 的 主要 瓶 颈 制 约 技 术之 一 。 波音 ７ ７ ８ 飞机使用 的复合材料 已占飞机总质量 的 ５％以上 ； ０ 隐形 战斗机 的外 壳基 本
复 合材料 被广 泛地 应用 于风 能 、 航空 航 天、 汽车 、 道交 通 、 轨 建筑 、 器 、 兵 装 甲、 船舶 、 工和 体育 竞 技等领 域 ， 化 一
相变原理——精选推荐
相变原理相变原理在⼀定条件下（温度、压强等），物质将以⼀种与外界条件相适应的聚集状态或结构形式存在着，这种形式就是相。
在某种意义上，它和该物相的化学组成定义了其全部的物理和化学性质。
故此，物相作为物质系统中具有相同化学组成，聚集状态及相同物理、化学性质的均匀物质部分。
相变是指在外界条件发⽣变化的过程中，物相在某⼀特定的条件下（临界值）时发⽣突变的现象。
表现为：（1）从⼀种结构变化为另⼀种结构，如⽓相、液相和固相间的相互转变，或固相中不同晶体结构或原⼦、离⼦聚集状态之间的转变。
（2）更深层次序结构的变化并引起物理性质的突质，例如，顺磁体——铁磁体转变，顺电体——铁电体转变，正常导体——超导体转变等。
这些相变的发⽣往往伴随某种长程序结构的出现或消失。
如⾦属——⾮⾦属转变，液态——玻璃态间的转变等，则对应于构成物相的某⼀种粒⼦（原⼦或电⼦）在两种明显不同状态（如扩展态和局域态）之间的转变。
（3）化学成分的不连续变化，例如均匀溶液的脱溶沉淀或固溶体的脱溶分解等。
实际材料中所发⽣的相变形式可以是上述中的⼀种，也可以是它们之间的复合。
如脱溶沉淀往往是结构和成分变化同时发⽣，铁电相变总是和结构相变耦合在⼀起。
相变现象在⾃然界普遍存在，且具有多样性。
相变现象的研究，不仅使⼈们加深了对⼤量与相变有关的现象的理论认识，更重要的是，它促进了构筑现代科学技术，尤其是材料科学技术的迅速发展。
相变过程基本规律的研究、学习和掌握有助于⼈们合理、科学地优化材料制备⼯艺，并对材料性能进⾏能动地设计和剪裁，其重要性和意义是显然的。
我们可以对涉及的相变进⾏分类。
相变的类型可以从三个不同的⾓度（即按热⼒学关系、按结构变化和按动⼒学关系）来进⾏讨论。
相变的热⼒学规律是⾮常清楚的，在按热⼒学关系讨论相变问题时，系统的吉布斯⾃由能起了热⼒学势的作⽤。
如果在相变点系统的热⼒学势的第 (n-1)导数保持连续，⽽其n阶导数不连续，则系统被定义为n级相变。
过渡金属硫化物相变工程及应用的研究进展
文章编号:1001-9731(2021)01-01047-06过渡金属硫化物相变工程及应用的研究进展*李瀚潇,刘帅,王瑞雪,陈国祥(西安石油大学理学院,西安710065)摘要:物相是决定材料物理化学性质的重要因素㊂近年来,相变工程在过渡金属硫化物(T M D C s)的改性方面受到广泛关注㊂如何精确控制T M D C s的相变过程并提高各物相的稳定性,是调控材料性能亟待解决的关键科学问题㊂本文基于T M D C s相变工程的最新研究进展,系统讨论了直接合成㊁诱导相变等T M D C s物相调控的技术手段,阐述了相变对材料各项性能的影响机理,介绍了T M D C s相变工程在催化㊁电子器件及储能等领域的实际应用㊂最后简要分析了目前T M D C s相变工程中存在的挑战,并展望了该领域未来可能的发展趋势㊂关键词:二维材料;过渡金属硫化物;相变工程;催化;储能中图分类号: T Q026.9文献标识码:A D O I:10.3969/j.i s s n.1001-9731.2021.01.0080引言石墨烯具有优异的光学㊁电学㊁力学和电化学等特性,在传感器㊁晶体管㊁锂离子电池等领域具有潜在的应用价值,但本征石墨烯的带隙为零,限制了其在电子器件等方面的应用[1-6]㊂过渡金属硫化物(T M D C s)作为典型的层状材料,在电输运㊁光学特性等方面与石墨烯类似,且具有易于调控的禁带宽度[7-13]㊂例如,块体M o S2为禁带宽度约1.3e V的间接带隙半导体,当被剥离至单层时,会转变为直接带隙半导体,禁带宽度提高至1.8e V[14]㊂该特性使T M D C s材料在电子器件等方面拥有更为广阔的应用前景㊂T M D C s的通用化学式为M X2,其中M代表过渡金属元素(如M o,W,T a, R e等),X代表硫族元素(通常为S,S e,T e)[15]㊂单层M X2由上下两层硫族原子和中间层金属原子形成独特的 三明治结构 ,单元层内通过共价键X-M-X结合,层间则通过微弱的范德华力相结合[16]㊂材料性质与键合及结构等因素密切相关[17-18]㊂根据金属原子与硫族原子配位状态的差异,T M D C s主要分为H相和T相,二者的晶体结构相似,但物理化学特性具有显著差异㊂对于H相,金属原子以三角柱面体配位结构排列,单层H相的堆叠顺序是A b A,其中A和b分别表示硫族原子和金属原子;对于T相,金属原子以八面体配位结构排列,其中一个硫族层与其他层相比从初始位置水平移动,形成A b C型堆叠[20]㊂随着外部环境的变化,八面体构型的1T相会转变成扭曲的八面体构型1T'相和斜方晶系的1T d相,如图1(a)所示[19]㊂此外,通过不同的顺序堆叠单层H 相,可以获得2H和3R相,其堆叠顺序分别为A B A和A B C[21]㊂2H相T M D C s表现半导体特性,1T(1T'或1T d)相则表现金属特性[22]㊂因此,T M D C s的物相决定了材料的物理性能及应用领域㊂例如,2H-M o S2表现出较大的开关比,可作为场效应晶体管的候选材料[16,23],1T-M o S2较高的电输运性能则能够提升电催化析氢反应效率[24-25]㊂通过碱金属离子插层,2H相可以向1T或1T'相转变,而1T/1T'相的金属性质比2H 相更适合做储能电极[26-27]㊂通过构建1T(1T')-2H的T M D C s两相复合结构,形成金属-半导体 原子连续界面 ,可以实现低电阻接触[28-29]㊂T M D C s金属d轨道的填充状态直接影响了原子结构㊂对于H相,d轨道劈裂成d z2,d x2-y2,x y和d x z,y z;对于T相,d轨道劈裂成d x y,y z,z x(t2g)和d x2-y2,z2(e g),如图1(b)所示[30]㊂以M o S2为例,M o的d轨道有两个电子,根据泡利不相容原理,这两个电子在H相的d z2轨道上配对,或者在T相占据3个t2g轨道中的两个,H相中两个电子的总能量低于T相,所以T相为亚稳相㊂2H相中被占据的d轨道总充满相反的自旋电子对,表现为半导体性质;1T相中的d轨道总有单个电子占据,表现为金属性质㊂相变工程是调控低维材料微观结构,改变材料物理化学性能的重要手段[31-32]㊂本文通过调研T M D C s 相工程研究领域的国内外最新进展,首先介绍了T M-D C s物相调控的几种典型方法,进一步讨论了半导体-金属态相变对材料性能的影响,最后阐述了T M D C s74010李瀚潇等:过渡金属硫化物相变工程及应用的研究进展*基金项目:国家自然科学基金资助项目(11947112,12004301);陕西省教育厅专项科研计划资助项目(19J K656);陕西省表面工程与再造重点实验室天元开放基金项目资助项目(t y w l2019-10);西安石油大学研究生创新与实践能力培养项目资助项目(Y C S9113083)收到初稿日期:2020-06-22收到修改稿日期:2020-09-11通讯作者:陈国祥,E-m a i l:g u o x c h e n@x s y u.e d u.c n 作者简介:李瀚潇(1994 ),男,乌鲁木齐人,在读研究生,师承陈国祥教授,从事低维材料改性研究㊂的相变调控在催化㊁电子器件及储能等领域的应用前景,并提出目前该领域存在的问题及未来发展方向㊂图1 T M D C s 中各物相原子结构示意图(a )5种物相结构的键合和堆叠模式[19];(b)H 相和T 相自旋轨道耦合引起d 轨道劈裂的比较[30]F i g 1Sc h e m a t i c o f a t o m i c s t r u c t u r e s f o r v a r i o u s p h a -s e s i nTM D C s :(a )b o nd i n g a n d s t a c k i n g mo d e s i n f i v ek i n d so f p h a s es t r u c t u r e s [19];(b )c o m -p a r i s o no f d -o r b i t a l s p i t t i n g d u e t o s pi n –o r b i t -a l c o u p l i n gi nHa n dT p h a s e s [30]1 过渡金属硫化物的合成及物相调控金属态的1T (1T '或1T d )相T M D C s 具有良好的电输运性能,可有效提升材料的光/电催化及储能等物理特性㊂但1T -T M D C s 通常为亚稳态,在室温甚至低温条件下即可转变为2H 相㊂G u o[33]等发现1T -M o S 2向2H -M o S 2转变的相变激活能仅为(460ʃ60)m e V ,且1T 相的半衰期具有强烈的温度依赖性,室温下1T -M o S 2的半衰期为10天,400K 下则仅为5h ㊂常规方法合成2H 相已不是难题,但构建2H@1T -T M D C s 两相复合的低维结构,或亚稳态的单相1T -T M D C s 仍然是巨大的挑战㊂1.1 直接合成法直接合成亚稳态相T M D C s (如1T ㊁1T '相)的关键在于调控反应物类型㊁浓度和反应温度㊂特别是含碱金属离子的反应物,对亚稳态1T -T M D C s 的形成具有显著的促进作用[34-35]㊂W y p yc h [34]等采用硫代钼酸钾(KM o S 2)依次历经水合反应和电化学氧化反应后生成1T -M o S 2,但反应产物在95ħ下将转变成2H -M o S 2㊂Y u [35]等在H 2和A r 环境下,将S 或S e 粉与K 2M o O 4的混合物加热至850ħ并保温10h 以上,得到高纯度的1T '-M o S 2和1T '-M o S e 2㊂Li u [36]等提出钾离子可以促进单层1T '-M o S 2的生长,且1T '-M o S 2的纯度主要取决于钾离子的浓度,当钾离子浓度超过44%时,1T '相比2H 相更稳定㊂Y i n [37]等以N a B H 4作为还原剂,钼酸钠,硒粉作为反应物,在180ħ下反应生成了1T -2H 两相复合的M o S e 2,且1T 相的比例随N a B H 4浓度的增加明显提高㊂这说明碱金属离子的掺入降低了2H -1T 的相变势垒,促进了1T -T M D C s 的生成㊂B e n o i t [38]等将W C l 6㊁C S 2㊁油酸和油胺的混合物在320ħ下加热得到亚稳态的1T -W S 2,加入六甲基二硅烷则转变为稳态的2H -W S 2,油酸与钨的强配位相互作用是形成亚稳态1T 相的关键㊂M a r i a [39]等在300ħ下由钨羰基㊁油酸和硒在三辛基膦中反应生成1T '-W S e 2纳米片,将其在400ħ下退火后则转变为2H -W S e 2纳米片㊂Ge n g [40]等发现M o O 3㊁硫代乙酰胺和尿素在200ħ下反应生成1T -M o S 2,而在240ħ的反应产物则为2H -M o S 2㊂这说明反应温度直接影响了T M D C s 产物的物相类型㊂1.2 诱导相变法亚稳态的1T -T M D C s 也可以通过诱导相变产生㊂最常用的方法之一是碱金属离子插层,如图2所示㊂阳离子的插入可以提高相邻T M D C s 层的间距,削弱层间的范德华力,有利于表面原子的重新排列和2H -1T 相变的产生㊂离子插层主要包括化学插层[41-42]和电化学插层[43-44]㊂与化学插层法相比,电化学插层具有更高的插层效率和反应可控性㊂以L i 离子插层为例,锂离子的电荷注入到T M D C s 金属原子的d 轨道后,金属原子的配位方式由三角柱面体配位转变为八面体配位,并产生1T 和1T '两个亚稳态相[45-46]㊂X i a [47]等通过电化学插层法增加锂离子浓度,促进2H相转化为1T 相,并进一步转变为1T d 相,且放电和充电位置可有效调控该相变的进程㊂静电掺杂是另一种有效的相变诱导方法㊂在静电掺杂过程中,电子被注入2H 相的导带,当掺杂电子浓度足够高,使2H 相的总能量高于1T '相,T M D C s 的物相会由2H 转变为1T '㊂L i [50]等发现离子液体门电压技术可以实现较强的静电掺杂,当掺杂浓度超过1014c m -2,可导致M o T e 2发生2H -1T '可逆相变㊂W a n g [51]等通过实验证明在220K 的真空条件下,单层M o T e 2发生2H -1T '可逆相变需要约3.0V 的阈值电压,相变发生时对应的电子掺杂浓度约为2.2ˑ1014c m -2㊂D a n t e [63]等利用离子液体门电压技术,在常温常压环境下诱导不同厚度的M o T e 2发生2H -1T '可逆相变,且随着厚度的增加,相变所需的阈值电压变大㊂图2 碱金属离子插层诱导相变示意图[62]F i g 2S c h e m a t i co f p h a s e t r a n s i t i o n i n d u c e db y in t e r -c a l a t i o no f a l k a l i i o n s[62]退火和激光辐照等也能够直接诱导T M D C s 的840102021年第1期(52)卷2H -1T 相变㊂由于较低的相变激活能,M o S 2和M o S e 2在高温下易由1T 或1T '相转变为2H 相[35]㊂K e u m [48]等发现500ħ退火会诱导2H -M o T e 2转变为1T '-M o T e 2,慢速冷却后,1T '相则重新转变为2H 相,说明1T '-M o T e 2和2H -M o T e 2之间存在可逆相变㊂激光辐照引起的局部热效应能够诱导材料稳态和亚稳态之间的相变㊂C h o [49]等利用激光辐照诱导M o T e 2纳米片的局部区域从2H 到1T '的相变,并由此形成2H 与1T '相的 半导体-金属 异质结,如图3所示㊂这种相变主要是由于激光辐照效应下形成T e 空位,引起局部电荷分布的不平衡,导致金属外层轨道电子的重新排布㊂空位或富电子金属原子掺杂,是一种从内部结构中提供电荷掺杂的方法㊂应变作用会导致晶格中原子相对位置的移动,并引起晶体物相结构的变化㊂对于大多数的T M D C s,2H 和1T (1T ')间的相变可通过单轴和各向同性拉应力触发,个别材料如WT e 2的相变则通过压应力触发[52]㊂D u e r l o o [52]等通过理论计算发现,10%~15%的拉应力能够使M o S 2㊁W S e 2等典型T M D C s 发生2H -1T (1T ')的相转变㊂但对于单层M o T e 2来说,由于2H 与1T '间极小的能量差异(40m e V ),仅需0.3%~3%的拉伸应变即可实现2H -1T '的相变㊂N a ya k [53]等通过金刚石对顶砧对多层材料施加Z 轴方向上的应力,在10G P a 的压应力作用下,多层2H 相M o S 2转变为一种中间状态,随着压应力的增大,这种中间物相在大于19G P a 时完全转变为1T 相㊂高压会引起层间间距的减小和S -S 键相互作用的增强,导致带隙减小,导电性能增强,材料由半导体性质过渡为金属性质㊂图3 激光辐照诱导M o T e 2相变示意图[49]F i g 3S c h e m a t i c o fM o T e 2ph a s e t r a n s i t i o n i n d u c e d b yl a s e r i r r a d i a t i o n [49]2 相变对过渡金属硫化物的性能调控及应用相变能够调控T M D C s 的能带结构及电输运性能,实现材料在半导体/金属态间的转变㊂基于T M -D C s 物相的可控性,以及独特的层状结构和较大的比表面积,使其在能源材料及电子器件等领域备受关注㊂2.1 电催化性能电催化制氢(H E R )是T M D C s 材料最有潜力的应用之一[54]㊂传统的贵金属催化剂(P t ,R h 等)造价昂贵,TM D C s 材料成本相对低廉且具有良好的电催化性能,是代替贵金属催化剂的最佳选择之一㊂导电性差和活性位点有限是影响TM D C s 电催化性能的主要问题,构建兼具高导电性及高密度活性位点的T M D C s材料是优化电催化性能的关键㊂2H 相TM D C s 导电性较差的原因主要在于较大的禁带宽度(1.1~1.8e V )[14]㊂1T 相的T M D C s 具有典型的金属特性和良好的电输运性能,2H -1T 相变过程中产生的各类缺陷则能够增加活性位点数目,有利于电催化性能的提升㊂T a n g [55]等发现2H -M o S 2的S 原子表面对H 的结合能力较差,通过2H -1T 相变,S 原子表面对H 的吸附能力显著提升,当H 原子覆盖率为12.5%~25%,氢吸附的吉布斯自由能接近0(-0.28~0.13e V ),催化效率达到最佳㊂Z h a n g [56]等通过两步水热法制备了两相复合结构的1T@2H -M o S e 2纳米片㊂2H -1T 相变导致原子重新排列,强烈的晶格畸变及两相界面提供更多的活性位点,1T 相优异的电输运性能则提高了纳米片的电导率㊂H E R 反应的起始电位由106m V 降低至20m V ,T a f e l 斜率降低75%左右㊂1T 相的稳定性直接影响了材料的电催化性能㊂G e n g [40]等通过胶体合成法制备了具有良好的稳定性的1T -M o S 2,连续1000次试验后的电催化性能衰减仅为12%,表明1T -M o S 2具有稳定的电催化性能㊂这主要是由于在液相环境下,纳米片两侧吸附的单层水分子抑制T M D C s 原子的重新排布,提高了1T -M o S 2的结构稳定性㊂2.2 电子器件T M D C s 的相变及带隙可调等特性可用于构建高效电子/光电器件,如场效应晶体管(F E T s )的沟道材料等㊂但T M D C s 二维晶体表面无悬挂键,难以与金属电极之间形成强烈的界面化学作用,导致两者间的接触电阻较高㊂同时2H 相T M D C s 材料的载流子迁移率较低(0.5~3c m 2/(V ㊃S )),严重影响F E T s 器件的电学特性[57]㊂低电阻接触是决定T M D C s 基F E T s 器件性能的关键因素,若在TM D C s 的局部区域诱导2H -1T 相变,具有金属特性的1T 相区域作为源/漏电极,而具有半导体特性的2H 相区域作为导电沟道,如图4所示,能使源/漏极与沟道区域完全兼容,有效地降低接触电阻同时提高F E T s 器件的载流子迁移率等㊂C h h o w a l l a [58]等利用正丁基锂诱导M o S 2纳米片局部区域发生2H -1T 相变,并将1T -M o S 2作为电极㊂两相间的界面原子连续,电极与沟道的高度兼容使接触电阻降至0.2k Ω㊃μm ㊂采用1T 相作为电极的M o S 2基FE T s 器件载流子迁移率为50c m 2/(V ㊃S ),开/关比高达107㊂M a [59]等在单层2H -W S e 2中诱导部分区域发生2H -1T 相变并将1T -W S e 2作为电极,所得F E T s 器件的载流子移率提高了近20倍(66c m 2/(V ㊃S ))㊂C h o [49]等通过激光辐照技术在M o T e 2纳米片上驱动从2H 到1T '的局部相变,也观94010李瀚潇等:过渡金属硫化物相变工程及应用的研究进展察到类似的相变提高F E T s 器件性能㊂由此可见,诱导TM D C s 材料局部区域的2H -1T 相变是提高F E T s 器件性能的普适性方法㊂图4 1T '相作为电极,2H 相作为导电沟道的M o T e 2基F E T s 器件示意图[29]F i g 4S c h e m a t i co f M o T e 2FE T sw i t h1T 'p h a s ea s t h ee l e c t r o d ea n d2H p h a s ea st h ec o n d u c t i v ec h a n n e l[29]2.3 储能T M D C s 具有较高的比容量,且层间范德瓦尔斯力较弱,易于L i+等阳离子的插入,在锂电池及超级电容器等储能领域有广泛的应用前景[60]㊂G a o [61]等发现垂直生长的1T '-R e S 2纳米片具有较高的放电容量,且对多硫化物的吸附能力较强,可用于L i -S 电池的电极材料㊂加入1T '-R e S 2作为电极的样品在0.5C 下的放电容量达960m A h /g,且300次循环内的单次衰减仅为0.063%,显示出良好的性能稳定性㊂M a s i m u k k u [64]等制备了富含1T 相的少层W S 2纳米花,以此作为锂电池的正极材料,在0.2C 下的放电容量达810m A h /g,并且在1C 下循环500次,放电容量仍保持390m A h /g ㊂少层结构及1T 相的金属特性能够降低L i +的扩散势垒,提高材料的电导率,有利于提高锂电池的容量及循环稳定性㊂1T -M o S 2具有良好的电化学性能,可作为高性能超级电容器的候选材料㊂A c e r c e [41]分别以L i 2S O 4及N a 2S O 4等作为电解质溶液,在20m V /s 扫描速率下可获得400~650F /c m 3的电容值㊂同时1T -M o S 2超级电容器具有较高的效率和稳定性,在电流密度为2A /g 时充放电循环5000次,电容保持率较高㊂3 结 语物相调控是优化T M D C s 材料各项性能的重要手段㊂本文通过调研和总结近年来国内外在该领域的研究现状,系统阐述了T M D C s 材料物相调控的方法,揭示了半导体-金属态相变对材料性能的影响,讨论了T M D C s 的相变调控在催化㊁电子器件及储能等领域的应用前景㊂具体结论如下:(1)液相环境下的多步反应能够制备大规模㊁高质量的亚稳态相(1T )及复合结构(2H@1T )的T M D C s 材料,同时亦可采用碱金属插层㊁激光辐照㊁退火及应变等方法诱导2H -1T 相变㊂但亚稳态相的T M D C s在高温或其他外部作用下易恢复到热力学稳定状态,如何提高1T -T M D C s 的结构及性能稳定性仍目前亟待解决的问题;(2)T M D C s 的相工程能够调控材料的电输运性能,诱导多尺度缺陷的形成,优化材料表面的吸附能力,在催化㊁电子器件及储能等领域具有广泛的应用前景㊂如何通过合理的结构设计及物相间的协同效应,提高T M D C s 在各应用领域的性能指标,仍是目前面临的主要挑战㊂参考文献:[1] N o v o s e l o vKS ,G e i m A K ,M o r o z o vSV ,e t a l .E l e c t r i cf i e l de f f e c t i na t o m i c a l l y th i nc a r b o nf i l m s [J ].S c i e n c e ,2004,306(5696):666-669.[2] G e i m A K ,N o v 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h K ,K i sA ,e t a l .E l ec t r o n i c s a n do pt o e l e c t r o n i c so ft w o -d i m e n s i o n a lt r a n s i t i o n m e t a l d i c h a l c o g e n i d e s [J ].N a t u r e N a n o t e c h n o l o g y ,2012,7(11):699-712.[8] Z e n g H ,C u i X.A n o p t i c a l s p e c t r o s c o p i c s t u d y on t w o -d i -m e n s i o n a l g r o u p -V I t r a n s i t i o n m e t a ld i c h a l c o ge n i d e s [J ].C h e m i c a l S o c i e t y Re v i e w s ,2015,44(9):2629-2642.[9] M a k K F ,S h a nJ .P h o t o n i c sa n do pt o e l e c t r o n i c so f2D s e m i c o n d u c t o rt r a n s i t i o n m e t a ld i c h a l c o g e n i d e s [J ].N a -t u r eP h o t o n i c s ,2016,10(4):216-226.[10] M a n z e l i S ,O v c h i n n i k o vD ,P a s qu i e rD ,e t a l .2Dt r a n s i -t i o n m e t a ld i c h a l c o g e n i d e s [J ].N a t u r eR e v i e w s M a t e r i -a l s ,2017,2:17033.[11] S a m a d iM ,S a r i k h a n iN ,Z i r a kM ,e t a l .G r o u p 6tr a n s i -t i o nm e t a l d i c h a l c o g e n i d en a n o m a t e r i a l s :s y n t h e s i s ,a p-p l i c a t i o n s a n df u t u r e p e r s pe c t i v e s [J ].N a n o s c a l e H o r i -z o n s ,2018,3(2):90-204.[12] D i n g X ,P e n g F ,Z h o u J .e t a l .D e f e c t e n gi n e e r e db i o a c -t i v e t r a n s i t i o n m e t a l sd i c h a l c o ge n i d e s q u a n t u m d o t s [J ].N a t u r eC o mm u n i c a t i o n s ,2019,10(1):41.[13] M a n n i x AJ ,K i r a l y B ,H e r s a m M C ,e t a l .S yn t h e s i s a n d c h e m i s t r y of e l e m e n t a l 2D m a t e r i a l s [J ].N a t u r eR e -v i e w sC h e m i s t r y,2017,1:0014.[14] K u cA ,Z i b o u c h eN ,H e i n eT ,e t a l .I n f l u e n c eo f q u a n -t u mc o n f i n e m e n t o n t h e e l e c t r o n i c s t r u c t u r eo f t h e t r a n -s i t i o nm e t a l s u l f i d eT S 2[J ].P h y s i c a lR e v i e w B ,2011,83(24):2237-2249.[15] C h h o w a l l aM ,S h i nHS ,E d aG ,e t a l .T h e c h e m i s t r y of 050102021年第1期(52)卷t w o-d i m e n s i o n a l l a y e r e dt r a n s i t i o n m e t a ld i c h a l c o g e n i d en a n o s h e e t s[J].N a t u r eC h e m i s t r y,2013,5(4):263-275.[16] R a d i s a v l j e v i c B,R a d e n o v i cA,B r i v i o J,e t a l.S i n g l e-l a y-e rM o S2t r a n s i s t o r s[J].N a t u r eN a n o t e c h n o l o g y,2011,6(3):147-150.[17] W uG,C h a nK C,Z h uL,e t a l.D u a l-p h a s en a n o s t r u c-t u r i n g a s a r o u t e t oh i g h-s t r e n g t h m a g n e s i u ma l l o y s[J].N a t u r e,2017,545(7652):80-83.[18] L iH,W a n g X.P h a s ec o n t r o l i n i n o r g a n i cn a n o c r y s t a l st h r o u g h f i n e l y t u n e d g r o w t h a t a nu l t r a t h i n s c a l e[J].A c-c o u n t s o fC h e m i c a lR e s e a r c h,2019,52(3):780-790.[19] W a n g R,Y uY,Z h o uS,e t a l.S t r a t e g i e s o n p h a s e c o n-t r o l i nt r a n s i t i o n m e t a ld i c h a l c o g e n i d e s[J].A d v a n c e dF u n c t i o n a lM a t e r i a l 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相变材料与相变储能技术
1980年
1989年
1991年
德国利用Na2SO4／SiO2制成高温蓄热砖， 并建立太阳能中央接收塔的储热系统。
1995年
Feldman等采用两种方法制备了相变储能 石膏板；日本利用不同含Si量的Al—Si合金 相变储能材料进行工业余热回收应用研究
Neeper对注入了脂肪酸和石蜡相变材料 的石膏墙板的热动态特性进行了测试 Hammou等设计了一个含相变材料的 混合热能储存系统
加，目前的纳米保温材料虽然给良好的保温增加 了希望，但如何在材料上加强研究，减少成本仍 然是相变储能技术研究的方向之一。 在相变机理方面的研究，一直进行得较缓慢。 热物性是相变材料应用的主要参数，而目前一些 相变材料的热物性(如比热容等)的测试数据较少， 尤其是相变材料经过多次熔化一凝固循环前后的 比热容等的热物性的变化情况几乎没有报道，在 这方面也是相变储能技术需要强化的环节。
但其存在两方面的不足一是过冷现象即物质冷凝到冷凝点时并不结晶而需到冷凝点以下的一定温度时才开始结晶同时使温度迅速上升到冷凝点导致物质不能及时发生相变从而影响热量的及时释放和利用二是出现相分离现象即当温度上升时它所释放出来的结晶水的数量不足以溶解所有的非晶态固体脱水盐或低水合物盐由于密度的差异这些未溶脱水盐沉降到容器的底部在逆相变过程中即温度下降时沉降到底部的脱水盐无法和结晶水结合而不能重新结晶使得相变过程不可逆形成相分层导致溶解的不均匀性从而造成该储能材料的储能能力逐渐下降
因此，可以看出，固—液相变是目前具有最大 实用价值的相变储能方式。对于相变储能来说， 这种固—液相变的熔化过程包括了共熔和转熔相 变和溶解。相变材料在熔化温度范围的熔化热是 可以利用的。在实际的系统中，由于没有达到热 动力学平衡，熔化和固化温度并不是恒定的。同 化温度与传热率、反应动能以及存在的杂质有关。 因此，相变储热(冷)能技术的基本原理是， 由于物质在物态转变(相变)过程中，等温释放的 相变潜热通过盛装相变材料的元件，将能量储存 起来，待需要时再把热(冷)能通过一定的方式释 放出来供用户使用。
《材料科学基础》课件——第五章相平衡与相图第一节第二节第三节第四节
相和相平衡
Байду номын сангаас四、自由度与相律
1、自由度：平衡系统中独立可变的因素
自由度数：独立可变的强度变量的最大数目
(强度变量与广度变量的区别）
2、相律：自然规律
在平衡系统中由于受平衡条件的制约，系统内
存在的相数有一定限制。 组元数 相数P≥1
吉布斯相律：不可为负数
f=c-p+n
外界影 响因素
通常外界影响因素只考虑T、P，所以f=c-p+2
• 掌握匀晶，包晶，共晶相图的特点，进而了解二元合金的一些平衡凝固，固 相转变的规律。
• 重点难点： • 二元系相图的建立，杠杆定律 • 包晶相图，共晶相图，共晶合金 • 相图分析，各种液固，固相转变的判断
材料的性能决定于内部的组织结构，而组织结构
又由基本的相所组成。
相：均匀而具有物理特性的部分，并和体系的其他 部分有明显界面。
晶型转变过程都是在恒温下进行，并伴随有体 积、密度的变化。 2、SiO2系统相图 α-石英与β-石英相变相当慢， β-石英常因冷却过快而被保留 到室温，在常压下，低于573℃
单元系相图
β-石英很稳定，所以自然界或低温时最常见的是 β-石英。晶型转变时，体积效应特别显著。 Al2O3、ZrO2也具有多晶型转变。 3、聚合物相图 （1）状态由分子间作用力决定，分子间约束力弱
共晶相图，平衡凝固，共晶合金，包晶相图，形成化合物的相图，含有双液 共存区的相图，熔晶相图等 ，二元相图的几何规律 ，单相，双相及三相共 存区，相图特征 ，二元系相图的分析，分析的方法与步骤，分析举例。
• 教学目的： • 学习相平衡与相图的基本知识，了解相图在材料科学学习中的重要性，学会
相图的使用。
低压环境液体的相变-概述说明以及解释
低压环境液体的相变-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在低压环境下，液体的相变行为是一个广泛研究的领域。
相变是指物质在特定条件下从一种态转变为另一种态的过程。
低压环境下，液体的相变行为会呈现出一些特殊的性质和现象。
首先，低压环境液体的相变对应着液体的汽化过程。
通常情况下，液体会在一定的温度和压力下转变为气体，这被称为汽化。
而在低压环境下，液体的汽化点会显著下降，导致液体更容易被转化为气体。
这是因为低压环境下，液体分子与周围气相分子之间的相互作用变弱，液体分子更容易跨越液气界面转变为气体。
其次，低压环境液体的相变行为与环境的物理和化学性质紧密相关。
在低压环境下，液体的相变行为会受到外界温度和压力的影响。
低温下，液体的分子运动减缓，很容易形成高度有序的结晶态。
而在低压条件下，液体的汽化点降低，液体相变为气体的过程也更加容易发生。
此外，不同种类的液体在低压条件下的相变行为也会有所差异，这取决于液体分子之间的相互作用力和分子结构的特点。
最后，低压环境液体的相变研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
对低压环境下液体相变的深入研究，可以帮助我们更好地理解物质的基本性质和相互作用规律。
同时，这方面的研究也为工程和技术应用提供了一些新的思路和方法。
例如，在低温低压条件下制备高纯度的材料、研究液体的分子结构和性质、开发新型的能源储存和转换技术等方面都会受益于对低压环境液体相变行为的深入了解。
综上所述，低压环境液体的相变行为具有独特的特点和重要的研究价值。
随着科学技术的发展和对低压环境的深入探索，相信我们将能够更好地理解和利用低压环境液体的相变特性，为相关领域的发展和创新做出更大的贡献。
文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：1.2 文章结构本文将分为三个主要部分来探讨低压环境液体的相变。
在引言部分之后，我们将首先介绍低压环境液体的定义和特点，以便读者对该主题有一个整体的认识。
随后，我们将详细探讨低压环境液体的相变过程，包括相变的机理和影响因素等方面的内容。
低维纳米功能材料
(2) 在磁学性质方面的应用 当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2，在这 情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致 电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨 磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头， 具有相当高的灵敏度和低噪音。目前巨磁电阻效应的读出磁 头可将磁盘的记录密度提高到1.71Gb/cm2。同时纳米巨磁 电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也 可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光 具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低 得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3 个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级， 从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。
1·化学沉淀法 化学沉淀法是在金属盐类的水溶液中，控制 适当的条件使沉淀剂与金属离子反应，产生 水合氧化物或难溶化合物，使溶质转化为沉 淀，然后经分离、干燥或热分解而得到纳米 颗粒。该法可分为直接沉淀法、均匀沉淀法、 共沉淀法和醇盐水解法。
2.溶胶一凝胶法 溶胶一凝胶法是指金属有机或无机化合物经 过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而 成为氧化物或其他化合物的方法。该方法可 实现分子水平的化学控制和介观水平的几何 控制，从而得到性能剪裁目的。
分子束外延(MBE) 在众多制备方法中，原子层沉积是当前被广 泛使用的一种方法，它可以制备大面积，均 匀性很好的薄膜，并且拥有对成膜速度的良 好控制。但是，它也有一些缺点，例如为了 获得均匀性良好的薄膜，必须在Si衬底上保留 一薄层Si02，这一层Si02对等效氧化层厚度 的减小无疑是个障碍。由于前驱体的使用， 剩余杂质的污染也是一个 严重的问题，它不 仅会影响器件的稳定性，甚至影响到薄膜的 结构特征。
国内纳米牛人一览
国内纳米牛人一览本文来由：今日看到小木虫上一帖子——国内纳米界牛人及其grou p简介(网址附在本文最后)，很多热心网友贴出了自己熟悉的牛人，但未见总汇型资料，因此努力了大半个晚上把这些介绍聚于本文。
首先要声明的是：1)本一览只是汇总了帖子当中提及的牛人及自己熟知的几个人物，本人相信中国纳米界会有更多的牛人，更多的后起之秀，如果读者感兴趣，可以在本资料后面附上。
2)本文中所列人物并未按一定顺序，也没有按研究方向或所在单位进行分类，造成阅览上一些不便，请读者谅解。
如果感兴趣，读者可以完善这些方面的工作。
3)本人编辑此文并无任何炫耀之心，只是把一些人物，及他们的一些简要介绍罗列出来。
如果漏写哪位大牛，还请各位见谅。
——蔡津津整理2010-5-2【姓名】：李亚栋【所在单位】：清华大学化学系【研究方向】：无机功能纳米材料的合成、结构、性能及其应用研究【主要贡献】：最新主要贡献——提出了液体－固体－溶液”相转移、相分离（Liquid-solid-solutio n phase transfe r and separat ion）的机制，成功实现了贵金属、半导体、磁性、介电、荧光纳米晶与有机光电半导体、导电高分子及羟基磷灰石等生物医学材料等系列尺寸均一、单分散功能纳米晶的合成制备，突破了现有合成方法通常只能适用于某些单一或有限种类纳米材料的局限。
【姓名】：齐利民【所在单位】：北京大学【研究方向】：1．胶体化学法合成大小、形貌和结构可控的无机粒子2．有机分子/生物分子/聚合物及其有序聚集体诱导下的仿生合成3．新奇微纳结构的控制合成与高级有序组装【主要贡献】：利用胶体化学方法和仿生合成原理来实现各种无机或有机微纳结构的控制合成与高级有序组装，探索具有特定大小、形貌与构造的新型功能材料的简单有效、环境友好的合成途径。
面料材质简介与鉴别
面料材质简介面料材质简介编辑：汪昭陈 2013.02.21一、七大纤维材质的叫法大纤维材质的叫法1、涤纶（Terylene） = PET = 特丽纶 = 达克纶（Dacron） = 的确良（Dacron）2、锦纶（Nylon） = PA = 尼龙= 耐纶3、氨纶（Spandex）= 莱卡（Lycra） = 尼奥纶（Neolon、日本）= 多拉斯坦（Dorlastan、德国）4、丙纶（polypropylene fiber）= PP5、腈纶（polyacrylonitrile fiber） = PNA = 奥纶 = 开司米纶6、维纶（polyvinylformal） = PVF = 维尼纶7、粘胶（Viscose fiber） = 人造丝 = 粘胶长丝二、七大常用常用纤维的特点纤维的特点纤维的特点1、涤纶涤纶((挺括不皱挺括不皱))英文：Terylene ；英文缩写PET涤纶是合成纤维中的一个重要品种，是我国聚酯纤维的商品名称。
中国俗称“的确良”涤纶的用途很广，大量用于制造衣着面料和工业制品。
涤纶具有极优良的定形性能。
涤纶纱线或织物经过定形后生成的平挺、蓬松形态或褶裥等，在使用中经多次洗涤，仍能经久不变。
涤纶又称特丽纶，美国人又称它为“达克纶”。
当它在香港市场上出现时，人们根据广东话把它译为“的确良”这一家喻户晓的名称。
涤纶是三大合成纤维中工艺最简单的一种，价格也比较便宜。
再加上它有结实耐用、弹性好、不易变形、耐腐蚀、绝缘、挺括、易洗快干等特点，为人们所喜爱。
涤纶属性特点涤纶属性特点：：优点优点：：强度高；弹性好；耐热好；耐腐；耐蛀；耐酸；耐光性很好；织物易洗快干，保形性好，具有“洗可穿”的特点。
缺点缺点：：不耐碱；吸湿性很差；染色困难。
1）强度高。
由于吸湿性较低，它的湿态强度与干态强度基本相同。
耐冲击强度比锦纶高4倍，比粘胶纤维高20倍。
2）弹性好。
弹性接近羊毛，当伸长5%～6%时，几乎可以完全恢复。
相变储能材料ppt课件
合物不仅导热系数有所提高，同时还保持了有机物原有的优点。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
3.相变材料的制备方法
• 目前制备相变材料的方法主要有以下几种: ①基体材料封装相变材料法 ② 基体和相变材料熔融共混法 ③混合烧结法
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
（2） TG 分析
• 在研究相变储能材料稳定性和储热能力时, 经常用到TG 分析法。通过TG 检测, 从其曲线中可以看出相变材料在不 同温度范围内的挥发和储热放热能力。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
（3） 时间－温度曲线法
• 时间－温度曲线法属于非稳态法测量导热系数的方法, 利用圆柱体的一维非稳态传热模型导出的计算式, 只要测 量相变储能材料完全相变的时间即可得到导热系数。该方 法的原理及装置简单, 操作方便, 所用材料的量较大, 可以 同时测量相变储能材料的潜热、相变温度、导热系数等多 个物性, 并且克服了以往在测量导热系数时只能测定特定 形状的固态物质的不足, 它可以用来测量任何形状形态物 质的导热系数, 尤其是可以测量液态物质的导热系数, 为实 际应用带来了很大的方便。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
（3）.在建筑方面的应用
• 有关资料显示，社会一次能源总消耗量的1／3用于建筑 领域。提高建筑领域能源使用效率，降低建筑能耗，对于 整个社会节约能源和保护环境都具有显著的经济效益和社 会影响。利用相变储能建筑材料可有效利用太阳能来蓄热 或电力负荷低谷时期的电力来蓄热或蓄冷，使建筑物室内 和室外之间的热流波动幅度减弱、作用时间被延迟，从而 降低室内的温度波动，提高舒适度，以及节约能耗。
相变材料
1.2.相变材料的封装定型技术
◆微胶囊封装 微胶囊相变材料是指在固-液相变材料微粒表面包覆一层性能稳 定的高分子膜而构成具有核壳结构的新型复合相变材料（图5）。 ◆与高分子聚合物熔融共混定型 这种方法是指在高于高分子聚合物熔点的温度下 ，对相变材料 和高分子聚合物进行熔融共混 ，当冷却至室温时 ，相变材料均 匀地分散在已固化的高分子聚合物中 达到定型的目的。 ◆多孔材料吸附定型 采用多孔材料吸附相变材料是目前研究较广泛的定型技术 ，即 把多孔材料浸入熔融状态下的相变溶液 ，使相变材料填充于多孔 材料的孔隙中。 ◆带换热器的整体封装
﹡相变材料在混凝土中的应用
﹡相变地板
﹡相变保温层
相 供变 暖蓄 储能 能维 系护 统结 构 、 空 调 蓄 冷 系 统
3.1.相变墙体
Meng Zhang， Mario A .Medina等同 时建造了 2间模拟能耗房间（1 .83 m×1 .83 m×1 .22 m ），一间使用常 规墙体，一间使用添加了相变材料的墙 体.通过实验发现使用相变材料墙体的 房间，无论是室内温度的稳定性、 还 是舒适度，都优于使用常规墙体材料的 房间。 P .Schossig， H .-M .Henning建造了 常规尺寸的模拟研究房屋，房屋的内墙 采用不同的墙体材料，左边的房间采用 相变材料，平行的房间采用常规墙体材 料。经过对室内温度的检测， 发现使 用相变材料的房间，室内温度波动大大 小于常规材料的房间。
氟化钾
六水氯化钙 硬脂酸丁酯 月桂醇
18.5-19
29.7 19 17.5-23
231
171 140 188.8
工业级十八烷
棕榈酸异丙酯 45/55癸酸-月 桂酸
22.5-26.2
16-19 17-21
“高”“低”结合，完美搭建——建构活动中高结构与低结构材料结合与运用的策略
“高”“低”结合，完美搭建——建构活动中高结构与低结构材料结合与运用的策略摘要：根据《指南》指出：幼儿园“以游戏为基本活动”。
幼儿园的一日生活皆离不开游戏，它是伴随着幼儿成长必不可缺的。
在幼儿区域活动中，建构游戏以它独有的魅力深受大、中、小班幼儿们的喜欢。
建构游戏在作用于材料投放的过程中发展起来的，在高结构材料与低结构材料的有机结合，发挥两者不同建构功能与合理的转化、结合本班实例分析高结构材料与低结构材料相结合在幼儿教育活动中的运用。
关键词：建构游戏;高结构材料；低结构材料；幼儿幼儿的学习离不开游戏，作为一日生活中最重要的环节——区域活动，幼儿在区域活动玩中学，学中玩，通过直接感知、实际操作和亲身经历来获取经验，完全支持和满足孩子们的需要。
儿童的想象力、创造力和社会性都是构建游戏的重要组成部分；那么，材料的投放与应用、教师的指导直接影响幼儿建构游戏的有效性，如果幼儿对材料缺乏认知，习惯性进行操作，那幼儿在建构游戏时就会单一的操作材料更是了然无趣的简单重复；以本班为例，幼儿在建构时一味的使用高结构材料，不管是否合理，是否牢固，幼儿都是习惯性的认为在建构游戏中不管搭建什么都是用这些材料；而还有部分幼儿则会同时利用高低结构材料进行建构，但由于对材料缺乏一定的认知，搭建的效果显得凌乱不堪；那么，怎样才能让建构游戏中的高结构材料和低结构材料合理运用呢？以高结构材料与低结构在建构活动中的相辅相成为切入点，结合幼儿在建构活动中实际操作，让高结构材料和低结构材料的有效结合。
一、高结构材料与低结构材料之间的区别在目标上，建构区中高结构材料的目标指向性是非常明确的，一目了然，它讲究知识与技能的结合。
而低构材料的对象则为不定性、有创意的，是在儿童对材料的构建过程中逐渐进行的，因此最终呈现的对象具有不确定性。
在高结构材料下，与低结构材料相比，伴随语言行为的变化较小。
儿童在构建游戏时，利用语言进行自我调控，即伴随语言是儿童自我引导的一种方式。
相变材料应具有以下几个特点
相变材料应具有以下几个特点：凝固熔化温度窄，相变潜热高，导热率高，比热大，凝固时无过冷或过冷度极小，化学性能稳定，室温下蒸汽压低。
此外，相变材料还需与建筑材料相容，可被吸收。
3相变储能材料的特点作为相变材料主要应满足的要求有：合乎需要的相变温度：足够大的相变潜热：性能稳定，可反复使用；相变时的膨胀收缩性小；导热性好，相变速度快；相变可逆性好，原料廉价易得等。
绝大多数无机物相变材料具有腐蚀性，相变过程中存在过冷和相分离的缺点。
为防止无机物相变材料的腐蚀性。
储热系统必须采用不锈钢等特殊材料制造，从而增加了制造成本：为抑制无机物相变材料在相变过程中的过冷和相分离，需通过大量试验研究，寻求好的成核剂和稳定剂。
而有机物相变材料则热导率较低。
相变过程中的传热性能差，在实际应用中通常采用添加高热导率材料如：铜粉、铝粉或石墨等作为填充物以提高热导率。
或采用翅片管换热器，依靠换热面积的增加来提高传热性能，但这些强化传热的方法均未能解决有机相变材料热导率低的本质问题。
固一液相变材料主要优点是价格便宜，但是存在过冷和相分离现象，从而导致储能不理想：易产生泄露问题，污染环境；腐蚀性较大，封装容器价格高等缺点。
与固一液相变材料相比，固一固相变材料具有不少优点。
可以直接加T成型，不需容器盛装：固一固相变材料膨胀系数较小，相变时体积变化较小：不存在过冷和相分离现象，不需要加入防过冷剂和防相分离剂；毒性很低，腐蚀性很小；无泄露问题，对环境不产生污染；组成稳定，相变可逆性好，使用寿命长：装置简单，使用方便。
固一固相变材料主要缺点是相变潜热较低，价格较高。
4 应用展望相变储能材料的开发已逐步进入实用阶段，主要用于控制反应温度、利用太阳能、储存工业反应中的余热和废热。
纺织材料名词解释全（2）
纺织材料学名词解释吸湿性: 通常把纤维材料从气态环境中吸着水分的能力称为吸湿性缓弹性变形: 在外力作用下,随时间而逐步伸长或回复的变形,称为缓弹性变形.初始模量: 是指纤维拉伸曲线的起始部分直线段的应力与应变的比值，在起始段的斜率。
屈服点：在纤维拉伸曲线上伸长变形突然变得较容易时的转折点。
应力松弛:纤维在拉伸变形恒定条件下，应力随时间的延长而逐渐减小的现象称为应力松弛。
蠕变: 纤维在一恒定拉伸外力作用下，变形随受力时间的延长而逐渐增加的现象称为蠕变。
热定型: 热塑性材料,温度大于玻璃化温度,变形,保型冷却,变形稳定下来的工艺纤维的比热: 单位质量的纤维，温度升高(或降低)1℃所需要吸收(或放出)的热量，叫纤维的比热。
介电现象: 是指绝缘体材料(也叫电介质) 在外加电场作用下，内部分子形成电极化的现象。
介电损耗: 电介质在电场作用下引起发热的能量消耗，称为介电损耗。
静电现象: 是指不同纤维材料之间或纤维与其它材料之间由于接触和摩擦作用使纤维或其它材料上产生电荷积聚的现象。
玻璃化温度: 高聚物由玻璃态到高弹态的转变温度.(大分子链段”冻结”或”解冻”的温度).纤维耐热性: 是指纤维经热作用后力学性能的保持性纤维的热稳定性:一般指纤维在热作用下的结构形态和组成的稳定性.马克隆值: 棉纤维在规定仪器和条件的流量大小,用国际认可的马克隆刻度表示;它是棉纤维成熟度和细度的综合反映.纱线的细度不匀:是指纱线沿长度方向上的粗细不匀性.捻回数: 加捻使纱线的两个截面产生相对回转，两截面的相对回转数称为捻回数。
捻度: 纱线单位长度内的捻回数称为捻度.,捻系数与捻回角的正切值(tanβ)成正比,而与纱线粗捻系数: 当纱线的密度δ视作相等时细无关捻向: 是指纱线加捻的方向.捻回角: 加捻后表层纤维与纱条轴线的夹角，称为捻回角捻缩: 因加捻引起纱线的收缩称为捻缩.汉密尔顿指数:是以计算纤维在纱截面中的分布矩为基础，求出两种纤维中一种的向外（内）转移分布参数。
国内外相变储能材料技术现状及应用情况研究综述
0 引言能源是社会发展的重要物质基础，是经济的主要驱动力之一[1]。
不可再生资源的不断枯竭和全球变暖的不断升级，迫使趋势转向使用可持续能源[2，3]。
因此，进行可再生能源开发势在必行。
研究充放效率高的储热、储电系统是推动可再生能源普及应用的必经环节[4，5]。
据统计，目前全球18%以上的能源消耗来自可再生能源[6]。
长远看来，可再生能源由于其可持续性、环境友好性而比传统化石能源更具应用前景[7]。
然而，可再生能源也面临亟待解决的问题，特别是以风光为主的间歇性能源，其自然脉动性与人类社会活动的24小时能源供应需求相违背，需配置储能手段来平抑能源供给侧与需求侧的波动[8]。
在热能制取与利用领域，通过将热能储存（Thermal Energy Storage，TES）应用于高效和清洁的能源系统，可以最大限度地减少对二次能源/化石燃料的依赖，从而提高可再生能源热能的可靠性[12，13]。
此外，TES系统可以储存多余的能源，并通过在电力需求高峰期间交付来弥补供需缺口[14，15]。
国内外能源技术领域正在努力从可再生能源中获得更稳定、更高效、全天候的能源供给[16]。
1 热能储存TES通过Web of Science对TES相变材料进行了全面的文献调查，在过去的30年里，共统计出4300多篇关于材料、组件、系统、应用、发展等基础科学/化学的研究论文。
如图1（a）所示，近10多年来，TES材料的研究非常活跃。
此外，TES 材料也获得了市场认可，一些组织对相关技术申请了专利保护［见图1（b）］，从文献和专利增长情况来看，储热行业发展增速较为迅猛[17-18]。
用于潜热储热（LHTES）的材料称为相变材料（Phase Change Materials，PCM）[19]，在相变过程中具有恒定温度进行吸收和释放热量的能力[20]。
PCM的分类和相关应用情况如图2所示，组成成分多样，可以是有机、无机或共晶混合物。
通过将PCM配置进TES系统，可有效地利用其相变过程进行热量储存与馈出，通过控制系统的运行参数可以满足热负荷。
最全最详细的材料物理简答题及答案(李志林版)
一、材料的电子理论1、 说明自由电子近似的基本假设。
在该假设下，自由电子在一维金属晶体中如何分布？电子的波长、能量各如何分布？自由电子近似假设：自由电子在金属内受到一个均匀势场的作用，使电子保持在金属内部，金属中的价电子是完全自由的；自由电子的状态不符合麦克斯韦-波尔兹曼统计规律，但服从费米-狄拉克的量子统计规律。
分布：电子的势能在整个长度L 内都一样，当0<x<L 时，取U(x)=0；电子在边界处势能无穷大，即当x<=0和x>=L 时U(x)=∞，以此建立一维势阱模型。
一维势阱中自由电子运动状态满足的薛定谔方程为d 2φdx 2+4π2λ2φ=0，在一维晶体中的解（归一化的波函数）为：φ=√L sin 2πλx （L 为晶体长度）。
在长度L 内的金属丝中某处找到电子的几率为|φ|2=φφ*=1L ，与位置x 无关，即在某处找到电子的几率相等，电子在金属中呈均匀分布。
自由电子的能量：E =ℎ2n 28mL 2(n=1、2、3……) 电子波长：λ=2L n近自由电子近似基本假设：点阵完整，晶体无穷大，不考虑表面效应；不考虑离子热运动对电子运动的影响；每个电子独立的在离子势场中运动，不考虑电子间的相互作用；周期势场随空间位置的变化较小，可当作微扰处理。
电子在一维周期势场中的运动薛定谔方程：d 2φdx 2+8π2m ℎ2(E −U )φ=0，方程的解为φ(x)=e ikx f(x)。
自由电子近似下的E-K 关系有：E =ℎ22mλ2=ℏ22m k 2 ，为抛物线。
在近自由电子近似下，对应于许多K 值，这种关系仍然成立；但对于另一些K 值，能量E 与这种平方关系相差许多。
在某些K 值，能量E 发生突变，即在K=±nπa 处能量E=E n ±|U n |不再是准连续的。
近自由电子近似下有些能量是允许电子占据的，称为允带；另外一些能量范围是禁止电子占据的，称为禁带。
材料化学--相平衡和相转变
等含量规则：在等边三角 形中，平行于某一边的直 线上任一点都含有等量的 对面顶点的组元；
共轭相：可以用结点表示的彼此平衡的相； 杠杆规则：在多相系统中，表示两相平衡时的系统总组成
点处于结线上并将结线分成两段，结线的两个端点分别表 示每一相的组成，两线段的长度与各相的含量成反比。
11
呆性点（中性点）：在特殊条件下（如形成一致熔化合物） 能使两相成为相同组成而使系统消失一个自由度的点（如 共熔点或称共晶点）。
斜
1200℃
四
方
~2370C
立
方
1000℃
单斜 四方：转变迅速，伴随 7 ~ 9 % 的体积收缩；
—— 添加适量的 CaO 或 Y2O3 形成稳定的立方晶相。
20
3. 二元体系的相图
二元体系：组元数为2的体系； 对于固态体系，蒸气相很不重要，因此：
F=C+1–P=3–P ——最小自由度为0 最多平衡共存的相数为3； —— 二元体系只包括温度和组成浓度两个变量，二元相
相区接触法则：相邻相区的相数差1（点接触除外）。
立体相图中彼 此以面接触的
相区
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2. 单元体系的相图
单元体系：组元数为1的体系； F=C+2–P=3–P
系统中相数不可能小于1 最大自由度为2； 最小自由度为0 最多平衡共存的相数为3。 —— 不存在浓度问题，影响系统平衡的因素只有温度和
3. 必须正确判断独立组分数、独立化学反应式、相数以及限制条件数， 才能正确应用相律；
4. 自由度只取“0”以上的正值，如果出现负值，则说明体系可能处于 非平衡态。
8
相图
相图（平衡状态图，或平衡相图）：反映物质随温度、压 力等外界条件变化而变化的关系的状态图，表示热力学平 衡条件下体系所处的状态，包括所含的相数，各相的形态、 组成和数量。
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低维材料与相变现象简介(一) 低维材料：某些特殊材料的晶体结构含有异向性一维的线性链或二维的平面，这种材料即俗称为低维度材料(low-dimensional materials)。
由于这些材料晶体结构的特异性，故而造成许多低维度材料展现非常奇特的物理现象。
例如，这些材料中的电子被限制在一维的线性链或二维的平面上做传输，故他们的导电性会在某一(或二)晶格方向特别好，而在其它方向导电性明显较差。
那么立刻可能的问题是我们平时常见的铜线或金泊，是不是他们的导电性就只会在铜线线的方向或金泊平面的方向较好呢?答案是否定的。
因为在微小电子的世界，铜线或金泊仍然是三维的，电子的传输方向仍然是遵循古典的统计法则而四面八方都有可能。
除非铜线的直径或金泊的厚度小于电子的平均自由程(mean-free-path)，那么量子的效应才会显现出来。
低维度材料中，一维(或准一维)材料由于其特殊不对称的晶体结构，因而多种此类材料会随着温度的变化展现出各式各样有趣的相变(phasetransition)现象。
(二) 相变与临界现象：相变是有序和无序两种倾向矛盾斗争的表现。
相互作用是有序的起因，热运动是无序的来源，而系统永远趋向于最大乱度与最低能量。
在缓慢降温的过程中，每当一种相互作用的特征能量足以和热运动能量kBT 相比时，物质宏观状态可能发生变化。
换句话说，每当温度低到一种程度，以致热运动不再能破坏某种特定相互作用造成的秩序时，就可能出现一个新的相(phase)。
多种多样的相互作用，导致形形色色的相变现象。
愈是走向低温，更为精细的相互作用就得以表现出来。
而新相总是突然出现的，同时伴随着许多物理性质急剧变化。
譬如说，水(液态)在一大气压下于摄氏零度就会发生一相变现象而变成了冰(固态)，或于摄氏一百度变成了水蒸气(气态)。
对于水来说摄氏零度(或一百度)这一特殊温度我们称为临界温度(critical temperature)，而在临界温度时物质因相变而产生物理状态变化的现象称为临界现象(critical phenomena)。
相变一般可以分为『连续相变』(continuous phase transition)或『不连续相变』(discontinuous phase transition)。
(不)连续相变就是在相变点上不仅热力学函数(不)连续，而且这些热力学函数对温度的导数也(不)连续的相变。
连续相变的典型例子为超导相变(superconducting transition)，而不连续相变的典型例子为物质的三态变化。
相变和临界现象是物理学中充满难题和意外发现的领域之一。
1911年，荷兰物理学家昂内斯(Onnes)在成功液化氦气三年后意外的发现：汞的电阻在绝对温标4.2 度左右(相当于摄氏负269 度)的低温度时急剧下降，以致完全消失（即零电阻），这即是人类第一次发现了超导相变。
早期的超导体研究中，大多数的超导体(superconductor)是金属或是合金的材质，这类型超导体是由美国物理学家巴丁、库伯和施里弗于1957 年首先提出的B CS (Bardeen - Cooper - Schrieffer)理论来解释超导发生的机制。
当材料在其超导态，电子会籍由晶格振荡(phonons)吸引另一带相反自旋与动量的电子而形成配对，称之为库伯对(Cooper pair)。
因此整体似乎凝结成电性的超流体，而具有低于非超导态的能量。
在1987 年朱经武等人发现的临界温度高达92K 的钇钡铜氧超导体之后，将超导体的临界温度大幅提升，但是却无法使用BCS 理论来有效解释这种新超导体形成的机制，因而带给物理学界极大的困难与挑战。
但实验证据显示此类氧化铜超导材料的超导性和其低维度的二维氧化铜平面结构息息相关。
除了超导相变之外，电荷密度波(charge-density-wave) ，自旋密度波(spin-density-wave) ，有序- 无序(order-disorder)及磁性(magnetic)等，也是于低维度材料中常见的相变现象。
当此类材料发生相变后，材料之物理性质会产生巨大的改变，故人们可以利用材料物性的改变，设计出各种功能的组件应用于不同之装置中。
例如，超导相变(superconducting transition) 可应用于电力载送，磁性相变(magnetic transition) 可应用于资料储存。
(三) 电荷密度波：集体传输性质是固态物理中最有趣的领域之一，其中超导态及电荷密度波基态的形成是最好的例子。
理论中超导及电荷密度波都起因于费米面(Fermi surface)能隙(energy gap)的形成，但超导的基态为零电阻而电荷密度波的基态却为绝缘体。
一般而言，电荷密度波多发现在低维度材料中，因为低维度材料拥有特殊异向的晶体结构和电子能带结构，以及较强的电子–声子相互作用。
图一：(a)一维的线性金属系统于正常的状态(原子等距分配)及其对应之电子能态。
(b) 皮尔斯(Peierls)预测之一维线性金属系统基态。
其晶格中原子远-近-远-近交替分配，而使得其空间电荷密度有周期性分布。
注意其电子能态图中系统于费米能量打开了一能隙，使得系统由金属变成了绝缘体。
其中电荷密度波的形成是一维线性材料于低温时典型的基态。
此类一维线性材料大多是绝缘体或半导体，少数有未填满的电子能带，因此呈现金属性。
德国理论物理学家皮尔斯(Peierls)于1955 年预测，一维的线性金属系统由于电子与声子相互作用而导致晶格不稳定，系统的基态不再如同正常晶格中原子等距分配[见图一(a)]，而是晶格中原子呈远-近-远-近的交替分配，而使得其空间电荷密度有周期性分布[见图一(b)]。
这『电荷密度波』的形成对于一维金属系统的物理性质有重大的影响，例如说系统的电子能态于费米能量(Fermi energy)打开了一能隙，使得系统由金属变成了绝缘体。
电荷密度波的形成似乎抵触了我们对于静电学定律的认知，因为若空间的电荷以远-近-远-近的交替分布，系统的静电位能明显要比电荷以等距的分布较高。
在前章已讨论过所有的系统均趋向于最低能量，所以在不考虑电子与声子相互作用下静电系统将自然趋向于电荷等距分布。
但在考虑电子与声子相互作用后，电荷密度波的形成虽然提高了一维金属系统的静电位能，但由于系统的电子能态于费米能量附近形成能隙，而降低了一维金属系统的电子能态。
若降低的电子能量比提高的静电位能来的大，总的来说一维金属系统的总能量还是能籍由电荷密度波的形成而降低。
换句话说，如果一个系统电子能量的降低(费米能量附近形成能隙)可以弥补因晶格形变(电荷以远-近-远-近交替分布)而提高的静电位能，那么这个系统就可以藉由电荷密度波度波的形成来降低系统的总能量，于是系统将相变成新的态−『电荷密度波』态。
这类相变一般即称为皮尔斯相变(Peierlstransition)或电荷密度波相变(charge-density-wave transition)。
很明显的系统晶格的形变不能太大，否则系统的静电位能损失太大而致使电子能量降低了也无法弥补。
这也就是电荷密度波相变大多发在于一维的金属系统的原因，因为一维材料中的线性排列电荷的最近邻只有左右两个，远比三维材料中电荷的最近邻为少，故若晶格发生同样程度的形变，一维材料所损失的静电位能也较三维材料少，更有利用电荷密度波相变的发生。
皮尔斯的这个理论预测一直等了将近二十年，于1974 年化学家们才第一次化合出了一维的金属系统，而皮尔斯所预测的电荷密度波相变的正确性才首次经由实验的证明而震撼了物理学界。
典型的电荷密度波材料结构如图二所示，一维的线性结构是他们共同的特征。
图二：典型的电荷密度波材料结构图。
(a)K2Pt(CN)4Br0.3⋅3.2H2O(b)(NbSe4)2I(c)K0.3MoO3。
这类材料的共同特征为具有一维的线性或链状结构。
当材料发生电荷密度波相变时材料的物理性质会发生重大的改变。
其中电荷密度波材料典型相变特性便是材料的电阻率会在相变温度时突然增加而成为绝缘体，如图三(b)所示。
这个现象是由于系统的电子能态于费米能量附近形成能隙而造成的结果，故电荷密度波相变又俗称『金属-绝缘体相变』。
值得一提的是超导材料于超导相变温度时电阻率的改变和电荷密度波材料相反，其电阻率急剧下降，以致完全消失。
电荷密度波材料于相变时其它物理性质的变化，如比热见图三(a)。
图三：典型的电荷密度波材料结构图。
(a)K0.3MoO3 于180 K 发生电荷密度波相变时比热随温度的变化(b)(NbSe4)2I (c)K0.3MoO3于263 K 发生电荷密度波相变时电阻率随温度的变化。
今人们经过二十多年的研究，数以千计的低维材料被科学家们化合出并被证实具有电荷密度波相变，这类的研究仍是物理学家们持续努力的课题。
自由态下的二维石墨晶体什么是二维呢？若是很久之前，或许一张纸就可以被看成是二维的。
利用各种制备薄膜的技术，特别是今天的分子束外延技术，可以一个原子一个原子地沉积在基底上，最终形成只有几十个原子层厚度的薄膜。
2004年，Novoselov等人制备出了单层石墨晶体（graphene 石墨烯）。
更为惊奇的是这么薄的一层膜竟然可以在真空甚至空气中稳定的存在，还可以把它“拎”起来，挂在微型支架上。
显然石墨烯是上述中最二维的材料，其实，它也是目前能够得到的最薄的材料。
实验表明，随着原子层数的增加，材料的电子云结构有显著的变化，在大约10个原子厚度的时候，开始出现三维的特征，所以物理上的真正二维，应该是少于10个原子层的。
1、首次制备自由的石墨烯！80多年之前，Landau和Peierls指出，严格的二维晶体，因为热不稳定性不能单独存在。
薄膜的熔化温度随着厚度的减小而降低，一般在只有几十个原子层的时候开始变得不稳定。
理论计算表明，在任何有限温度下，低维晶格的热涨落导致格点偏离平衡位置的距离与格点间距相当。
这个理论后来被Memin推广，并被许多实验支持，因此也就变得广为接受了。
目前原子单层膜多外延生长在与之晶格匹配的单晶上。
从来没有哪种单原子膜可以脱离基底而存在。
石墨烯和后来其他可以自由存在的二维晶体（氮化硼BN）的发现，打破了单层原子晶体不可能存在的论断。
Novoselov等人制备石墨烯用的是机械剥离法（Mechanical cleavage），就是用另外一种材料与膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这些絮片状的晶体中往往含有单层的石墨烯。
这并不是一种新方法，听起来也有些笨拙。
之前很多实验室都用这种方法从体相石墨中获得高质量的石墨晶片。
Novoselov等发现，只要经过精细地调整，就可以用这种方法制作石墨烯。
到这里还没有完，制备出絮状晶体之后，如何从中发现并分离出石墨烯，也不是一件简单的事情。