什么是新能源材料

《什么是新能源材料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《什么是新能源材料（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、纳米材料发展的三个阶段第一阶段（4990年以前）主要是在实验宗探索用各种于段制备各种材料的纳米颗粒体， 合成块体（包括薄膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不 同丁常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研 究在80年代末期一度形成热潮。研究的对象一般局限在单材料和 单相材料，国际上通常把这类纳米材料称纳米品一或纳米相材料。第二阶段（4994年前）人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、 化学和力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米 微粒复合，纳米微粒与常规块体复合及发展复合材料的合成及物 性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。第三阶段（从4 994年到

2、现在）纳米组装体系、人匸组装合成的纳米结构的材料体系越來越受 到人们的关注，正在成为纳米材料研究的新的热点。三、纳米材料的特性纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、 化学特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电， 原來绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始 导电。这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、 表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特有的效 应：表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧 道效应。1、表面效应用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为2*10-3微米） 进行电视摄像，观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间 的变化会自动形成各种形状（如立

3、方八面体，十面体，二十面 体等），它既不同于一般固体，又不同于液体，是种准固体。 在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了 “沸腾” 状态，尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性， 这时微颗粒具有稳定的结构状态。超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅 速氧化而燃烧。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代 的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。2、小尺寸效应由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。（1）特殊的光学性质当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富 贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在超微颗粒状态都呈现为 黑色。尺寸越小，颜色愈

4、黑，银白色的钳（白金）变成钳黑，金 属珞变成銘黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通 常可低于1 %,大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性 可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳 能转变为热能、电能。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外 隐身技术等。（2）特殊的热学性质固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微 化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为 显著。例如，金的常规熔点为1064CC,当颗粒尺寸减小到10纳 米尺寸时，则降低27C, 2纳米尺寸时的熔点仅为327C左右； 银的常规熔点为670C,而超微银颗粒的熔点可低于100Co因

5、 此，超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的 基片不必釆用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。釆用超细银 粉浆料，可使膜厚均匀，覆盖面积大，既省料又具高质量。日 本川崎制铁公司釆用0. 11微米的铜、線超微颗粒制成导电浆 料可代替耙与银等贵金属。（3）特殊的力学性质陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制 成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的 界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件 下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶 瓷材料具有新奇的力学性质。美国学者报道氟化钙纳米材料在 室温下可以大幅度弯曲而不断裂。研究表明，人的牙齿之

6、所以 具有很高的强度，是因为它是由礎酸钙等纳米材料构成的。呈 纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬35倍。至于金属一 陶瓷等复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性 质，其应用前景十分宽广。费米势能微粒中的原子数3、暑于尺寸妾卷4JE 金属纳米晶粒的能级间距为：8 = 厶37V宏观物休：7V8 0电子处于连续变化的能带上，光谱为连续光谱。纳米晶粒：“较小 他6有确定值电子处于分离的能级上，光谱为线状光谱。纳米晶粒能级问问距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场 能或者磁场能比平均的能级间距还小时，就会呈现一系列写宏观 物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应。例如，导电的金属在超微颗粒时可

7、以变成绝缘体，磁矩的 大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关，比热亦会反常变化， 光谱线会产牛向短波长力向的移动，这就是量子尺寸效应的宏 观表现。274、宏观量子隧道效应隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这势垒。电子具有粒子性又具有 波动性，因此存在隧道效应。近年来，人们发现一些宏观物理,如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出 隧道效应，称之为宏观的量子隧道效应。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电 子器件的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极 限，当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。 例如，在

8、制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长 时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作，经 典电路的极限尺寸大概在025微米。目前研制的量子共振隧穿晶 体管就是利用量子效应制成的新一代器件。28.纳米材料g分类纳米材料根据三维空间违背纳米尺度约束的自由度计，可分为:三维一维（纳米皴，骨.z尊绘遠/米额粒、It子点二维（*（M.v三辭简体、液体）A、零维纳米材料指在空间三维尺度均在纳米尺寸以内的材料。如纳米尺寸颗 粒、原子团簇、人造原子等。b、一维纳米材料指在空间有两维处于纳米 尺度的材料。如纳米丝、 纳米棒、纳米管、纳米带40C.二维纳米材料指在三位空间有一维纳米尺 寸的才来哦。

9、如超薄膜、多 层膜等。D和三位纳米材料（纳米固体材料）纳米固体材料通常指由尺寸小于15纳米的超微颗粒茯岛压力 卜压制成型，或再经一定热处理工序后所产生的紧密型固体材料.纳采固体材料的主要特社是具有巨人的颗粒间界面，如5nm 纳米额粒所构成的周体每立方惮-米将含也归个晶界，原子 的扩散系数要叱大块材Ui1014-1016倍,从而使纳米材料 具有高韧性*通常陶瓷材料具有高破度、耐磨、抗爛蚀等优点，但又貝有 腕性和难以加工專缺点，纳米陶萱在一定的程度上却可増加 韧性，改善脆性。什么是新能源材料？例举六种新能源太阳能、氢能、核能、生物能、风能、地热、海洋能等被认为是新能源，但它们必须依靠新 材料的开发

10、与应用才能得以实现，并进一步提高效率、降低成本。新能源材料就是用于新能源生产、转换和应用所需的材料。我国的能源结构长期存在过度依赖煤炭的问题。煤炭在一次性能源生产和消费中的比重均高达72%。研究表明，到2020年，我国若实现经济翻两番的目标，反映到能源领域，约需发电装机容量9亿千瓦左右。如果全部采用火力发电，约须新增12亿吨以上电力用煤，由此将给资源、采掘、运输及环境带来难以承受的压力。目前我国东部脆弱的生态环境已不堪煤炭的高排放、高污染。专家对煤炭和天然气在相同能耗下排放污染物量对比分析发现，两者排放灰粉的比例为148： 1，排放二氧化硫比为700 ： 1,排放氮氧化合物比为 29 : 1。

11、据有关部门的统计，华东地区酸雨的发生率，上海 约为11%，江苏约为12%。据相关资料显示，在我国能源结构中，石油和煤炭等化石能源的占比较大。2009年，我国一次能源生产总量中煤炭占 77.5%、石油9.4%、天然气3.8%,其他占9.3% ; 2009年，我 国一次能源消费总量中煤炭占 70.0%、石油17.8%、天然气3.9%，其他占8.3%。这种状 况短期内难以改变。水电核电风电比重增加2000年，我国一次能源生产总量折合成标准煤是12.9 亿吨标准煤，截至 2007 年，产量达到了 23.7 亿吨标准煤。目前，中国已经成为世界第二大能源生产国， 2007 年中国化石 能源生产总量比 20

12、00年提高了 5.39 个百分点；2000 年中国化石能源生产占全球的 10.48%， 2007 年中国化石能源生产已经占到全球的15.87%。 2007 年与 2000 年相比，我国天然气的比重增加了 1.1%，核电、水电以及其它可再生能源的比重增加了1 个百分点。原油在一次能源当中所占的比重， 2000 年原油占 18.1%，天然气占 2.8%，水电、核电和风电其它能源 一共占 7.2%。2007 年原油占一次能源比重下降到了 11.3%，天然气的比重从 2000 年的 2.8% 上升到 3.9%，其它水电、核电、风电的比重从过去的7.2%增加到了 8.2%。2007年，中国能源消费量总量

13、是 26.5 亿吨标准煤， 是世界上第二大的能源消费国。 2000 年中国一次能源消费占全球的比重是10.41%，截至 2007 年，中国一次能源消费占全球的比重提高到了 16.8%。现在世界人均能源消费量是 2.38 吨标准煤，而中国人均是消费 1.87 吨 标准煤，只有世界平均水平的 62%。针对可再生能源开发利用的情况，张国宝说， 2007 年可再生能源利用量折合 2.2 亿吨 标准煤，相对于一次能源消费总量的8.5%。可再生能源比重较大的是水利发电，我国有水力发电 4800 多亿千瓦时发电量，占整个发电量的16%。风力发电去年一年新增了 340 万千瓦，使得累计风力发电的装机容量达到6

14、05 万千瓦。为大力提倡使用可再生能源， 我国制定了 可再生能源法 和可再生能源发展规划 ， 在这个 规划 中提到了一系列措施，包括对可再生能源发电，电价高出部分在全社会进行 平摊。为了鼓励风力发电，我国对风力发电减半征收增值税，一般增值税是17%，对于风力发电只征 8.5%。最近几年，我国的风力发电飞速的发展，现在我国风力发电的装机容量已 经达到了世界的第五位。 仅去年一年， 我国新增的风力发电装机容量就达到 305万千瓦。 在 内蒙古，在甘肃的河西走廊布置了一系列超过百万千瓦乃至一千万千瓦的大型风力发电基 地，现在都已经在建设。煤炭供应紧张造成电力紧张去年，我国燃煤火力发电厂平均的运行小时

15、与前年相比， 下降了 133个小时。 今年上半 前电力紧张不是因为电力装机容量不足， 而主要反映在煤炭供应紧张上。 现在我国对煤炭价 格是放开的，也就是说由市场来决定煤炭的价格，而电价却实行政府定价。年燃煤的火力发电机组的运行小时又比去年同期下降了50 个小时左右。这一现象说明，当张国宝认为，在本质上，我国与包括美国在内的世界主要国家的定价机制没有什么不同。 因为美国电力的价格也不是完全由市场的状况来决定的。 通常在美国的电力价格要经过消费 者、电力生产企业和政府部门 3 家的协商来确定。但是， 由于我国这几年电力发展速度很快， 煤炭的供应和电力发展相比， 相对不能够满 足电力发展的需要， 加上钢铁等其他耗煤产业对煤炭的需求也迅速增加。 另外， 煤炭和其它 初级产品一样，国际市场的煤价也迅速上涨。比如，去年日本的煤炭价格上涨67美金/ 吨，而今年这一价格已经上涨到了将近 170 美金，有的地方甚至到了 200 美金/ 吨。主要是由于 供求关系的变化以及其它的因素，煤炭的价格在中国国内也有了较快的上涨。根据煤炭发展的新情况，我国在 6月 19日调高了电价。但是，为了控制我国的物价上 涨水平，保障人民的生活，对居民的电价我国没有做调整。这导致一部分电厂的效益下降。