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。
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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％。