功能材料作業(yè)及答案

1、緒論1、簡(jiǎn)要敘述功能材料的定義、分類和主要應(yīng)用領(lǐng)域；答:1）定義：功能材料是以物理性能為主的工程材料的統(tǒng)稱，即指在電、磁、 聲、光、熱等方面具有特殊性質(zhì)，或在其作用下表現(xiàn)出特殊功能的材料：2）分類:孔依用途：分為電子、航天、航空、兵工、建筑、醫(yī)藥、包裝等:依化學(xué)化學(xué)成分：分金屈、無機(jī)非金屬、有機(jī)、高分子和復(fù)合功能材料;依聚集態(tài)：分為氣態(tài)液態(tài)、固態(tài)、液晶和混合態(tài)功能材料，其中固態(tài)又分 為晶態(tài)，準(zhǔn)晶態(tài)和非晶態(tài)二種;依功能：分為物理、化學(xué)、生物和核功能材料:依形態(tài)：分為體積、纖維、膜及顆粒等：依維度：分為三維、二維、一維和零維：3）應(yīng)用領(lǐng)域：a.功能材料在航空工業(yè)中的作用：例如：MCrAlYZrO2

2、隔熱 涂層涂敷于渦輪和導(dǎo)向葉片表面可提高其使用溫度150C或更高；b.功能材料在環(huán)保上的應(yīng)用；例如：活性碳纖維（ACF）屬粒子共至微生物, 還可將貴金屈粒子還原為低價(jià)粒子或金屬單質(zhì)。離子交換纖維可對(duì)SO2、HF、HC1、NH3等有害氣體有效吸附，且由丁它表面含有有機(jī)胺等非溶性活性基團(tuán)，當(dāng)它與人體皮膚接觸時(shí)可改善皮膚微循環(huán)，達(dá)到抑殺細(xì)菌的目的 c.功能材料在防偽上的應(yīng)用；能量轉(zhuǎn)換的主要形式和內(nèi)容主要包括內(nèi)涵？請(qǐng)各自舉例說明；答：形式：a.電能轉(zhuǎn)化熱能：b熱能轉(zhuǎn)化電能；c.機(jī)械能轉(zhuǎn)化電能；d.光能轉(zhuǎn)化 電能；e.化學(xué)能轉(zhuǎn)化電能；f.電能轉(zhuǎn)化機(jī)械能：g.化學(xué)能轉(zhuǎn)化熱能：h.熱能 轉(zhuǎn)化機(jī)械能；i.機(jī)械

3、能轉(zhuǎn)化熱能；j.光能轉(zhuǎn)化熱能;k.光能轉(zhuǎn)化機(jī)械能；1.光 能轉(zhuǎn)化化學(xué)能。3簡(jiǎn)要說明一次能源和二次能源以及常規(guī)能源和新能源技術(shù)的含義。答：按照能源是否天然存在分為一次能源，二次能源1）一次能源：自然界中天然存在的能源。沒有經(jīng)過人工轉(zhuǎn)換：如煤、石油、 木材、水力、風(fēng)力、太陽光等。2）二次能源:依靠一次能源產(chǎn)生而制取的能源；如電能、汽油、煤油、酒 精（由石油中制取的）。第一講電性材料和半導(dǎo)體材料及應(yīng)用分析和說明影響金屬或合金電導(dǎo)率的重要因素;答：因素主要有三個(gè)方面：溫度、參雜程度、各向異性：具體如下：1）溫度：電導(dǎo)率與溫度具有很大相關(guān)性。金屈的電導(dǎo)率隨著溫度的升高而 減小。半導(dǎo)體的電導(dǎo)率隨著溫度的升

4、高而增加；2）參雜程度；金屈或合金的摻雜程度會(huì)造成電導(dǎo)率很大的變化。增加摻雜 程度會(huì)造成電導(dǎo)率增高。3）各向異性：有些金屬或合金會(huì)有異向性的電導(dǎo)率。試說明下列名詞和概念的基本含義：答：1）本征半導(dǎo)體：不含雜質(zhì)且沒有晶格缺陷的純凈半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo) 體。但實(shí)際半導(dǎo)體不能絕對(duì)的純凈，此類半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。2）摻雜半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少，導(dǎo)電能力仍然很低。但如 果在其中摻入微星的雜質(zhì)，所形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能將大大增強(qiáng)。由于 摻入的雜質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可以分為N型和P型兩大類。3）直接帶隙半導(dǎo)體：直接帶隙半導(dǎo)體材料就是導(dǎo)帶最小值（導(dǎo)帶底）和價(jià) 帶最大值在k空間中同一位置。電子要躍

5、遷到導(dǎo)帶上產(chǎn)生導(dǎo)電的電子和空穴（形 成半滿能帶）只需要吸收能量。4）間接帶隙半導(dǎo)體：間接帶隙半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶最小值（導(dǎo)帶底）和滿帶最 大值在k空間中不同位置。形成半滿能帶不只需耍吸收能量，還要改變動(dòng)量。計(jì)算半導(dǎo)體豬（Ge）在20oC下：（a）載流子電荷的數(shù)目；（b）價(jià)帶中電子 受激進(jìn)入導(dǎo)帶的分?jǐn)?shù)；（c）試分析單位體積中金屬銅的價(jià)電子數(shù)與半導(dǎo)體 豬（Ge）在20oC下的載流子電荷數(shù)目，說明其導(dǎo)電性能的差異。由査表可知，錯(cuò)的導(dǎo)電參數(shù)如下:0=0. 02Q -lcmTp Eg = 0. 67eV, p e =3800 cm2/V s,JJ h = 1820cm2/V s, 2kT = 0. 05eV答

6、：己知 a = 0. 02QEg = 0. 67eV,p e =3800 cm2/V s, p h = 1820cm2/V s(a)n =q(Re+Ph)0.02 _(1.6x10-19)(3800+1820) _2.2 X1013室溫下錯(cuò)中參與導(dǎo)電的電子和空穴數(shù)分別為2. 2 x 1013（b）具有金剛石正方晶型的錯(cuò)的點(diǎn)陣參數(shù)為5. 6775 x 10_18cm,價(jià)帶中的電子總數(shù)為：電子總數(shù)=（8原子/晶胞）（4呼們子）=11?x 1（）23（5.6575 xl0_8cm）e 如亠 p 辿2.2 X 1013受激電子數(shù)=17777 24xio“(C)n乙 zxiu“a ana =_r =_門

7、 a7 = 333 x 10?載流子/cm?eg癥）expi 豳）通過文獻(xiàn)査詢和閱讀，簡(jiǎn)要綜述目前有哪些有效方法可獲得高電導(dǎo)率和力 學(xué)強(qiáng)度較高的銅合金？其各自特點(diǎn)是什么？答：答：目前獲得高強(qiáng)、高導(dǎo)銅合金的途徑有兩種:一是引入合金元素強(qiáng)化 銅基體形成合金;二是引入第二強(qiáng)化相形成復(fù)合材料。（1）合金化法是在銅中添 加合金元素,溶質(zhì)原子溶入晶格后會(huì)引起晶格點(diǎn)陣畸變，造成應(yīng)力場(chǎng)，從而使強(qiáng)度 提高。傳統(tǒng)的合金化法主要通過固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化等手段來強(qiáng)化銅基體。（2） 固浴強(qiáng)化的主要機(jī)理是使溶質(zhì)原子溶入銅基體形成固溶體，從而引起晶格畸變, 而晶格畸變所產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)周I制的彈性應(yīng)力場(chǎng)產(chǎn)生交互作用，溶質(zhì)原

8、子在 位錯(cuò)周闈積聚，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而使材料得到強(qiáng)化。合金元素進(jìn)入銅基體中，雖 能提高銅的強(qiáng)度，但同時(shí)也很大程度上降低銅基體的電導(dǎo)率。銅合金中常用的固 溶合金元素有Sn、Cd、Ag等。簡(jiǎn)要說明發(fā)光半導(dǎo)體二極管的發(fā)光原理；與常規(guī)半導(dǎo)體材料比較，發(fā)光二極管半導(dǎo)體材料有哪些特點(diǎn)？答：原理：實(shí)際上發(fā)光二極管就是一個(gè)pn結(jié)。當(dāng)加上正向偏壓時(shí)，在外電 場(chǎng)作用下，P區(qū)的空穴和n區(qū)電子就向?qū)Ψ揭苿?dòng)，構(gòu)成少數(shù)載流子的注入，從 而在pn結(jié)附近引起導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴的復(fù)合。復(fù)合時(shí)多余的能最會(huì)以熱能、 光能或部分熱能和光能的形式輻射出來。對(duì)于直接帶隙的半導(dǎo)體材料如GaAs、 GaP、GaAsl-xPx等，其電子與空穴

9、的復(fù)合主要以光能形式釋放。特點(diǎn)：半導(dǎo)體發(fā)光二極管是由IIIIV族化合物，如GaAs（W化稼）、GaP（磷 化鐐）、QHgsP（磷砂化稼）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此，它具有一 般PN結(jié)的特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。其具有結(jié)構(gòu)牢固，耐沖 擊，抗震動(dòng)，性能穩(wěn)定可靠，重量輕，體積小，成本低等特點(diǎn)。簡(jiǎn)要說明半導(dǎo)體pn結(jié)的光伏效應(yīng)和光伏電池工作原理；答：光伏效應(yīng)：當(dāng)兩個(gè)費(fèi)米能級(jí)不同的半導(dǎo)體材料相互接觸時(shí)，半導(dǎo)體界 面之間會(huì)發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致界而附近產(chǎn)生內(nèi)建電場(chǎng)或勢(shì)壘。若用波長(zhǎng)小 于半導(dǎo)體價(jià)帶寬度對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光照射界而，并利用導(dǎo)線把兩邊聯(lián)起來，可 以發(fā)現(xiàn)回路中有電流流過，這種由于光照引起的

10、電流稱為光生電流，在開 路時(shí)，半導(dǎo)體界面兩側(cè)有電壓差存在此電壓稱光生電壓。這種由于內(nèi)建電 場(chǎng)引起的光電轉(zhuǎn)換現(xiàn)象稱光生伏特效應(yīng)。光伏電池工作原理：當(dāng)施加零偏壓時(shí)，在空間電荷區(qū)存在口建電場(chǎng)： 當(dāng)一束hv ME,的入射光照射，入射光能夠使空間電荷區(qū)產(chǎn)生電子-空穴 對(duì)：這些電子-空穴對(duì)被自建電場(chǎng)分離后，形成沿反偏方向的光生電流II:光電流在負(fù)載R上產(chǎn)生電斥降，這個(gè)電斥可以p-n使結(jié)正偏，正 偏電壓產(chǎn)生正偏電流。表征光伏電池性能的主要參數(shù)有哪些？說明光伏電池轉(zhuǎn)換效率的意義和表 達(dá)式。答：表征光伏電池性能的主耍參數(shù)：短路電流Isc；開路電壓Voc;最大輸出 功率Pm；填充因子FF;光-電轉(zhuǎn)換效率光伏電池轉(zhuǎn)

11、換效率表示了光伏材料的光電轉(zhuǎn)換能力。其表達(dá)式：pJ . vFF T V=二 x 100% =丄_二 x 100% =乞_x 100%PP.P.ininm簡(jiǎn)述光伏電池的內(nèi)量子效率和外量子效率的意義；答：內(nèi)星子效率：被電池吸收的波長(zhǎng)為一個(gè)入射光子的能量對(duì)外電路提供 一個(gè)電子的兒率。內(nèi)星子效率反映的是對(duì)短路電流有貢獻(xiàn)的光生載流子數(shù) 與被電池吸收的光子數(shù)之比。外量子效率：被電池吸收的波長(zhǎng)為一個(gè)入射光子的能量對(duì)外電路提供一個(gè)電 子的兒率。內(nèi)最子效率反映的是對(duì)短路電流有貢獻(xiàn)的光生載流子數(shù)與被電池 吸收的光子數(shù)之比。太陽能電池的種類和典型材料特性；答：?jiǎn)尉Ч杼柲茈姵?。其材料特性為轉(zhuǎn)化率高、可靠性髙，但是其

12、成本較 高，光電轉(zhuǎn)換效率有待提髙。多晶硅太陽能電池。晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多，其光電轉(zhuǎn)換效率約12%左右，稍低于單鼎硅太陽電池，但是材料制造簡(jiǎn)便， 節(jié)約電耗，總的生產(chǎn)成本較低，因此得到大最發(fā)展。非晶硅太陽電池。非晶硅太陽電池硅材料消耗很少，電耗更低，它的主要優(yōu)點(diǎn)是在弱光條件也能發(fā)電。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是光電轉(zhuǎn)換 效率偏低，目前國(guó)際先進(jìn)水平為10%左右，且不夠穩(wěn)定，隨若時(shí)間的延長(zhǎng)， 其轉(zhuǎn)換效率衰減。多元化合物太陽電池 多元化合物太陽電池指不是用單一元素半導(dǎo)體材料 制成的太陽電池?，F(xiàn)在各國(guó)研究的品種繁多，大多數(shù)尚未工業(yè)化生產(chǎn)，主 要有以下幾種：（1）硫化鎘太陽電池（

13、2）碑化嫁太陽電池（3）銅錮硒太 陽電池。試從半導(dǎo)體材料性質(zhì)和電池結(jié)構(gòu)方面，分析和敘述影響光伏電池轉(zhuǎn)換效率 的主要因素（或電池效率損失）。答：帶隙寬度對(duì)轉(zhuǎn)換效率有重要影響。帶隙寬度太窄或太寬都會(huì)引起效率的 下降，故必須優(yōu)化材料的Eg值。有非平衡載流子輸運(yùn)決定的光伏器件, 其少子壽命對(duì)器件有重要影響。長(zhǎng)的少子壽命可制備出高性能的太陽能電 池。表而復(fù)合的影響。背表面復(fù)合主要影響電池的長(zhǎng)波響應(yīng)，而前表而 復(fù)合主要影響電池的短波響應(yīng)。寄生電阻效應(yīng)。串聯(lián)電阻降低輸出電壓； 并聯(lián)電阻使電池整流特性變差：溫度對(duì)電池I-V特性的影響。第三章熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)和材料澤貝克（Seebeck）效應(yīng)和佩爾捷（Peltier

14、）效應(yīng)；答：澤貝克（Seebeck）效應(yīng)：1821年，徳國(guó)人Seebeck首*先發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩種不 同導(dǎo)體構(gòu)成閉合回路時(shí)，如果兩個(gè)接點(diǎn)的溫度不同，則兩接點(diǎn)間有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn) 生，且在回路中有電流通過，即溫差電現(xiàn)象或Seebeck效應(yīng)。佩爾捷（Peltier）效應(yīng)：1833年，法國(guó)鐘表匠Piet ier發(fā)現(xiàn)了 Seebeck效 應(yīng)的逆效應(yīng)，即電流通過兩個(gè)不同導(dǎo)體形成的接點(diǎn)時(shí)，接點(diǎn)處會(huì)發(fā)生放熱或 吸熱現(xiàn)象，稱為Peltier效應(yīng)。熱電材料溫差發(fā)電的基本原理；答：與外電路構(gòu)成閉合回路后，由丁塞貝克效應(yīng)擴(kuò)散到n型半導(dǎo)體冷端的 電子將通過導(dǎo)線和負(fù)載流向P型半導(dǎo)體的冷端，與同樣由于塞貝克效應(yīng)擴(kuò) 散聚集到P型半導(dǎo)體冷端

15、的空穴復(fù)合消失。同樣在熱端，閉合回路中的電 子（通過導(dǎo)電金屬片）從P型半導(dǎo)體熱端到n型半導(dǎo)體熱端的流動(dòng)，使得 由于塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生的電子和空穴運(yùn)動(dòng)得以維持。由于P型半導(dǎo)體材料的 澤貝克系數(shù)為正值，n型材料的澤貝克系數(shù)為負(fù)值，將P型和n型材料如圖 所示組合在一起成為一個(gè)TT對(duì)器件時(shí)，利用塞貝克效應(yīng)產(chǎn)生的電勢(shì)或二者 可以疊加起來，相對(duì)于單個(gè)熱電材料組成的器件，其能量轉(zhuǎn)換效率大大提 髙。衡量熱電材料轉(zhuǎn)換效率（n ）和性能優(yōu)值（ZT）參數(shù)的表達(dá)式和意義；答：熱電材料轉(zhuǎn)換效率5）表達(dá)式：AT 1ZTavgTh欲+燈理性能優(yōu)值（ZT）表達(dá)式：s2aTZT=意義：由表達(dá)式我們可知效率高，則ZT和AT大，AT大

16、意味著熱導(dǎo)率小， 熱點(diǎn)性能優(yōu)異的熱電材料應(yīng)該具有大的Seebeck系數(shù)，大的電導(dǎo)率，小 的熱導(dǎo)率。簡(jiǎn)述影響材料熱電性能優(yōu)值（ZT）的主要因素；一個(gè)優(yōu)良的半導(dǎo)體熱電材 料至少應(yīng)具備的條件？答：影響材料熱電性能優(yōu)值（ZT）的主要因素有材料的澤貝克系數(shù)，材料 的電導(dǎo)率，絕對(duì)溫度，材料的載流子熱導(dǎo)率，材料的晶格熱導(dǎo)率。一個(gè)優(yōu)良的半導(dǎo)體熱電材料應(yīng)具備以下四個(gè)條件：接近費(fèi)米能級(jí)的電子能帶具有高的晶體對(duì)稱性，有盡可能多的能谷，有 較大的載流子有效質(zhì)量，從而獲得較高的S值：由電負(fù)性相近的元素組成化合物，減少載流子輸運(yùn)中的極性散射，從而 得到合理大小的遷移率，以保證有效質(zhì)最和載流子遷移率之積盡可能大；禁帶寬度在

17、10 kBT左右，其中T接近使用溫度，保證材料的ZT在使用 溫度附近具有最佳值；具有較低的晶格熱導(dǎo)率，一般重元素組成的材料的熱導(dǎo)率都較低。一般采用哪些方法來降低熱電材料的熱導(dǎo)率？答：熱點(diǎn)材料的熱導(dǎo)率分別是電子熱導(dǎo)率和晶格熱導(dǎo)率，其中晶格熱導(dǎo)率 約占總熱導(dǎo)率的90%,因此設(shè)法降低晶格熱導(dǎo)率是提高材料熱電性能的關(guān) 鍵。降低晶格熱導(dǎo)率主要有以下兒個(gè)方而，材料的熔點(diǎn)越低，晶格熱導(dǎo)率 越小；原子平均質(zhì)量越重，晶格熱導(dǎo)率越??；密度越小，也就是原子間距 圜越大，晶格熱導(dǎo)率越小。試列舉一些典型熱電材料并簡(jiǎn)述其性能特點(diǎn)；答：半導(dǎo)體金屬合金型熱電材料。金屬材料的熱電效應(yīng)非常小，除在測(cè)溫 方面的應(yīng)用外，其他沒有實(shí)際

18、的應(yīng)用價(jià)值C方鉆礦熱電材料。此類化合物具有較高的載流子遷移率和中等大小的反 Seebeek系數(shù)，但熱導(dǎo)率比傳統(tǒng)的熱電材料要高.此類化合物的顯著特點(diǎn)是, 外來小原子可以插入晶體結(jié)構(gòu)的孔隙，在平衡位置附近振動(dòng)，從而可以有效地散射熱聲子，大大降低晶格熱導(dǎo)率。金屬硅化物型熱電材料。金加硅化物是指元素周期表中過渡元素與硅形 成的化合物,如FeSi2, MnSi2, CrSi2等。由于這類材料的熔點(diǎn)很高，因此很 適合于溫差發(fā)電應(yīng)用。對(duì)于上述兒類硅化物，人們研究較多的是具有半導(dǎo)體 特征的P -FeSi3,它具有高抗氧化性、無毒、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。氧化物型熱電材料。氧化物型熱電材料的特點(diǎn)是可以在氧化氣氛里髙溫

19、下長(zhǎng)期工作，大多數(shù)無毒性、無環(huán)境污染，且制備簡(jiǎn)單，制樣時(shí)在空氣中可直 接燒結(jié)，無需抽真空，成本費(fèi)用低，因而備受人們的關(guān)注。準(zhǔn)晶材料。準(zhǔn)晶材料由 類似于玻璃，因此在熱 的吸引力。同時(shí)由于它EDnFEs于具有非常低的熱導(dǎo)率, 電材料領(lǐng)域具有相當(dāng)大 的Seebeek系數(shù)較低，熱電優(yōu)值也相對(duì)較低，如果能找到合適的方法來明顯增大Seebeek系數(shù)也 可望獲得較高的熱電優(yōu)值。第四講 先進(jìn)電池的儲(chǔ)能及其電極材料根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)原理，和電池能量密度概念，寫出電池或電極材料的理論能量密度表達(dá)式，簡(jiǎn)要分析和敘述開發(fā)高能量密度電池時(shí)其正極和負(fù) 極材料應(yīng)必須具備哪些基本條件？請(qǐng)列舉一些典型的高能電池類型。答：電池或電極

20、材料的理論能量密度表達(dá)式:其中，ED是能星密度(energy density ),其單位可以用Wh/kg或Wh/L 表示，分別代表質(zhì)量能量密度和體積能量密度。反應(yīng)物具有較低吉布斯生成能而生成物具有較高吉布斯生成能時(shí)，電化學(xué) 體系將具有較高的能最密度。為了提高二次電池的能最密度，其正極和負(fù) 極活性材料必須具備以下條件：(1)較大的電位差(電動(dòng)勢(shì))以產(chǎn)生一個(gè)高 的工作電位(ES )： (2)電極材料具有較輕的分子或原子質(zhì)M(M)： (3) 活性材料的電極反應(yīng)中涉及多電子轉(zhuǎn)移(n )。高能電池的類型：鋰離子電池，基丁多電子反應(yīng)機(jī)理的二次電池，金屬- 空氣電池，金屈鋰-空氣電池，全帆液流電池，鋰-硫電

21、池。簡(jiǎn)要評(píng)述目前鋰離子電池正負(fù)極材料的發(fā)展現(xiàn)狀;答：目前，鋰離子電池使用的負(fù)極主要有：石墨（理論容最為372mAh/g）； Li.TisOn （理論容量為17OmAh/g）；大容量負(fù)極活性物質(zhì)Sn （理論容量為 994mAh/g）； Si （理論容量為4200mAh/g）：金屬鋰。如果金屬鋰的枝晶問 題得到較好的控制，具有巨大容星的金屬鋰也有望用丁負(fù)極，所以負(fù)極 容星有可能在將來得到較大的提高。鋰離子電池使用的正極材料主要有: LiMnO （理論容量為148mAh/g）（尖晶石型）；LiFePO.（理論容最為 170mAh/g）（橄欖石型）：LiNi.CoyMru-x-yO：（理 論容量為28

22、0mAh/g）：三元材料的層狀銀鉆猛酸鋰即是當(dāng)前公認(rèn)的最有商 用價(jià)值的正極材料之一。由鎰酸鋰、磷酸鐵鋰為主的正極材料向猛酸鋰/ 鎌鉆鎰酸鋰、磷酸鐵鋰/銀鉆猛酸鋰等混合型正極材料過渡，最終隨著銀 鉆鐳酸鋰前驅(qū)體制備工藝的成熟化、燒結(jié)問題及專利問題的不斷解決， 三元材料有望成為電動(dòng)汽車電池的主流正極材料。說明金屬鋰空氣電池工作原理；通過文獻(xiàn)査詢和閱讀，簡(jiǎn)要分析目前該電池研發(fā)過程中存在的主要問題和現(xiàn)狀。答：金屬鋰-空氣電池工作原理：根據(jù)電解質(zhì)種類，鋰空氣電池主要包含水體系和有機(jī)體系兩大類。當(dāng)前研究重點(diǎn)是有機(jī)體系，電池由金屬鋰負(fù)極、含可溶性鋰鹽的有機(jī)電解液以及含催化劑的空氣電極（陰極或正極） 構(gòu)成。放

23、電時(shí)，Li被氧化成Li +進(jìn)入電極液，Q被催化還原并與Li +結(jié) 合形成LhO：,充電時(shí)Li在負(fù)極析出而LizO：氧化分解。充電時(shí)，過電壓 較高，需要尋找優(yōu)異的電催化劑來降低過電壓從而提高能量效率。鋰-氣電池目前存在的科學(xué)和技術(shù)難題：還原和氧析出反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢、 過電位高，造成極化大、充放電能量效率低，而且氧氣在電解液（特別是 有機(jī)體系）中的溶解度小，不利于反應(yīng)物的輸運(yùn)和擴(kuò)散，電池倍率性能受 限。電池是開放結(jié)構(gòu)，鋰是活潑金屬，容易與空氣中的水反應(yīng)被腐蝕， 鋰枝晶的形成可能造成安全隱患，常規(guī)的碳酸酯類有機(jī)電解液與H20和 CQ反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生系列副反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物和副產(chǎn)物在空氣電極析出后可能堵塞氣孔道，

24、造成電池失效。針對(duì)這些問題，研究人員從陰極催化劑、 電解質(zhì)電解液、防護(hù)膜、電池結(jié)構(gòu)等方面開展了大量工作。第五講磁性材料和應(yīng)用說明下列磁學(xué)參量的定義和概念：磁化強(qiáng)度、矯頑力、飽和磁化強(qiáng)度、磁 導(dǎo)率、磁化率、剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁各向異性.退磁效應(yīng)、磁致伸縮。答：1）磁化強(qiáng)度：描述磁介質(zhì)磁化狀態(tài)的物理星。磁化強(qiáng)度，通常用符號(hào)M表示。定義為媒質(zhì)微小體元A V內(nèi)的全部分子磁矩矢量和與 V之比。2）矯頑力：是指磁性材料在飽和磁化后，當(dāng)外磁場(chǎng)退回到零時(shí)其磁感應(yīng) 強(qiáng)度B并不退到零，只有在原磁化場(chǎng)相反方向加上一定大小的磁場(chǎng)才能使 磁感應(yīng)強(qiáng)度退回到零，該磁場(chǎng)稱為矯頑磁場(chǎng)，又稱矯頑力。3）飽和磁化強(qiáng)度：指磁性材料在外

25、加磁場(chǎng)中被磁化時(shí)所能夠達(dá)到的最大 磁化強(qiáng)度叫做飽和磁化強(qiáng)度。飽和磁化強(qiáng)度是鐵磁性物質(zhì)的一個(gè)特性，是 永磁性材料極為重要的磁參量。4）磁化率：對(duì)置于外磁場(chǎng)中的磁體有：M二x H ,式中X稱為磁體的磁 化率。5）磁導(dǎo)率：表征磁介質(zhì)磁性的物理量。表示在空間或在磁芯空間中的線 圈流過電流后、產(chǎn)生磁通的阻力、或者是其在磁場(chǎng)中導(dǎo)通磁力線的能力。 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度：剩余磁通密度。當(dāng)對(duì)磁體施加完一個(gè)磁場(chǎng)以后，產(chǎn)生磁 通密度。但是把磁場(chǎng)去掉以后，磁通密度并不會(huì)減小到0,出現(xiàn)剰余磁場(chǎng), 此為剩余磁通密度。6）磁各向異性：對(duì)于單晶材料，其磁化曲線隨晶軸方向的不同而有所差 別，即磁性隨晶軸方向顯示各向異性。退磁效應(yīng)：當(dāng)

26、磁體表面出現(xiàn)磁極后，除在鐵磁周圉空間產(chǎn)生磁場(chǎng)外，在鐵7）磁內(nèi)部也產(chǎn)生磁場(chǎng)。這一磁場(chǎng)與鐵磁體的磁化強(qiáng)度方向相反，它起到8）退磁作用，故稱為退磁場(chǎng)。9）磁致伸縮：磁性材料由于磁化狀態(tài)的改變，其長(zhǎng)度和體積都耍發(fā)生微 小的變化。磁疇大小和結(jié)構(gòu)由哪些條件決定（從能量角度分析）？答：磁疇結(jié)構(gòu)受到疇壁能，磁晶各向異性能和追磁場(chǎng)能的制約。退磁場(chǎng)能 最小是形成磁疇的主要原因。實(shí)際情況中，還必須考慮其他一些因素比如 交換能、磁晶各向異性能、磁致伸縮導(dǎo)致的磁彈性能等的影響。真實(shí)的磁 疇結(jié)構(gòu)由總能量的極小值來確定。哪些磁性能參數(shù)是組織敏感的？哪些是不敏感的？舉例說明成分、熱處理、冷變形和晶粒取向等因素對(duì)磁性的影響。答：Ms、Tc、磁晶各向異性、磁致伸縮系數(shù)等組織不敏感。飽和磁化強(qiáng)度、He、Br 、X等組織敏感。成分：任何材料都是有磁性的，但是不同材料的磁性強(qiáng)度不同。熱處理: 外部磁場(chǎng)中熱處理，可控制磁性顆粒的析出形態(tài)，沿外場(chǎng)方。冷變形：多晶體材料拔絲、軋扳、擠床、壓縮等塑性變形可導(dǎo)致晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)，使晶粒的 晶體學(xué)方位會(huì)發(fā)生一定程度的定向排列，即擇優(yōu)取向、織構(gòu)