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      新能源新材料發展方向
      發布日期:2018-03-21 10:18:36   點擊:352
      新能源新材料發展方向
      超導材料
      新能源新材料
      有些材料當溫度下降至某一臨界溫度時,其電阻完全消失,這種現象稱為超導電性,具有這種現象的材料稱為超導材料。超導體的另外一個特征是:當電阻消失時,磁感應線將不能通過超導體,這種現象稱為抗磁性。
      一般金屬(例如:銅)的電阻率隨溫度的下降而逐漸減小,當溫度接近于0K時,其電阻達到某一值。而1919年荷蘭科學家昂內斯用液氦冷卻水銀,當溫度下降到4.2K(即-269℃)時,發現水銀的電阻完全消失,
      超導電性和抗磁性是超導體的兩個重要特性。使超導體電阻為零的溫度稱為臨界溫度(TC)。超導材料研究的難題是突破“溫度障礙”,即尋找高溫超導材料。
      以NbTi、Nb3Sn為代表的實用超導材料已實現了商品化,在核磁共振人體成像(NMRI)、超導磁體及大型加速器磁體等多個領域獲得了應用;SQUID作為超導體弱電應用的典范已在微弱電磁信號測量方面起到了重要作用,其靈敏度是其它任何非超導的裝置無法達到的。但是,由于常規低溫超導體的臨界溫度太低,必須在昂貴復雜的液氦(4.2K)系統中使用,因而嚴重地限制了低溫超導應用的發展。
      高溫氧化物超導體的出現,突破了溫度壁壘,把超導應用溫度從液氦( 4.2K)提高到液氮(77K)溫區。同液氦相比,液氮是一種非常經濟的冷媒,并且具有較高的熱容量,給工程應用帶來了極大的方便。另外,高溫超導體都具有相當高的磁性能,能夠用來產生20T以上的強磁場。
      超導材料最誘人的應用是發電、輸電和儲能。利用超導材料制作超導發電機的線圈磁體制成的超導發電機,可以將發電機的磁場強度提高到5~6萬高斯,而且幾乎沒有能量損失,與常規發電機相比,超導發電機的單機容量提高5~10倍,發電效率提高50%;超導輸電線和超導變壓器可以把電力幾乎無損耗地輸送給用戶,據統計,目前的銅或鋁導線輸電,約有15%的電能損耗在輸電線上,在中國每年的電力損失達1000多億度,若改為超導輸電,節省的電能相當于新建數十個大型發電廠;超導磁懸浮列車的工作原理是利用超導材料的抗磁性,將超導材料置于永久磁體(或磁場)的上方,由于超導的抗磁性,磁體的磁力線不能穿過超導體,磁體(或磁場)和超導體之間會產生排斥力,使超導體懸浮在上方。利用這種磁懸浮效應可以制作高速超導磁懸浮列車,如已運行的日本新干線列車,上海浦東國際機場的高速列車等;用于超導計算機,高速計算機要求在集成電路芯片上的元件和連接線密集排列,但密集排列的電路在工作時會產生大量的熱量,若利用電阻接近于零的超導材料制作連接線或超微發熱的超導器件,則不存在散熱問題,可使計算機的速度大大提高。
      能源材料
      能源材料主要有太陽能電池材料、儲氫材料、固體氧化物電池材料等。
      太陽能電池材料是新能源材料,IBM公司研制的多層復合太陽能電池,轉換率高達40%。
      氫是無污染、高效的理想能源,氫的利用關鍵是氫的儲存與運輸,美國能源部在全部氫能研究經費中,大約有50%用于儲氫技術。氫對一般材料會產生腐蝕,造成氫脆及其滲漏,在運輸中也易爆炸,儲氫材料的儲氫方式是能與氫結合形成氫化物,當需要時加熱放氫,放完后又可以繼續充氫的材料。目前的儲氫材料多為金屬化合物。如LaNi5H、Ti1.2Mn1.6H3等。
      固體氧化物燃料電池的研究十分活躍,關鍵是電池材料,如固體電解質薄膜和電池陰極材料,還有質子交換膜型燃料電池用的有機質子交換膜等。
      智能材料
      智能材料是繼天然材料、合成高分子材料、人工設計材料之后的第四代材料,是現代高技術新材料發展的重要方向之一。國外在智能材料的研發方面取得很多技術突破,如英國宇航公司的導線傳感器,用于測試飛機蒙皮上的應變與溫度情況;英國開發出一種快速反應形狀記憶合金,壽命期具有百萬次循環,且輸出功率高,以它作制動器時、反應時間僅為10分鐘;形狀記憶合金還已成功在應用于衛星天線等、醫學等領域。
      另外,還有壓電材料、磁致伸縮材料、導電高分子材料、電流變液和磁流變液等智能材料驅動組件材料等功能材料。



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