非過渡金屬的應(yīng)用

非過渡金屬的應(yīng)用第一頁，共十頁，2022年，8月28日內(nèi)容概要一、鋅空氣電池的應(yīng)用與發(fā)展二、砷化鎵--高效率的太陽電池三、納米氧化鋅的應(yīng)用四、氧化鋁的多種變體五、阻燃劑--納米超細(xì)氧化鉍第二頁，共十頁，2022年，8月28日一、鋅空氣電池的應(yīng)用與發(fā)展原理：①中性鋅空氣電池：2Zn+4NH4Cl+O2→2Zn(NH3)2Cl2+2H2O②紐扣式鋅空氣電池③低功率大荷電量的鋅空氣濕電池④高功率鋅空氣電池2Zn+4NH4Cl+O2→2Zn(NH3)2Cl2+2H2O性能特征和用途：電池的荷電量一般比同體積的鋅錳電池大3倍以上。大型鋅空氣電池的電荷量一般在500～2000Ah，主要用于鐵路和航海燈標(biāo)裝置上。紐扣形鋅空氣電池的電荷量在200～400mAh，已廣泛用于助聽器中。第三頁，共十頁，2022年，8月28日鋅電池的現(xiàn)狀與發(fā)展方向現(xiàn)狀：“空氣電池”以它技術(shù)的先進(jìn)性足以表明是電動車最理想的動力電源。具體特點如下：

a.

屬再生能源；

b.

利用空氣作為能源；

c.

無需充電；

d.

容量大；

發(fā)展：就室內(nèi)設(shè)備市場而言，便攜式輕便裝置（包括視頻和GPS）已越來越被人們所采用，它們表現(xiàn)出耗電大的特征，標(biāo)準(zhǔn)電池要面對這樣的需求時就會有問題，它們與電能的需求還不同步。為了擠進(jìn)這一市場，并贏得一席之地，鋅—空氣電池必須具有再充電能力，新型電池的開發(fā)工作仍在進(jìn)行之中。第四頁，共十頁，2022年，8月28日二、砷化鎵--高效率的太陽電池GaAs的特點與性能：黑灰色固體，熔點1238℃。它在600℃以下，能在空氣中穩(wěn)定存在，并且不為非氧化性的酸侵蝕。砷化鎵可作半導(dǎo)體材料，其電子遷移率高、介電常數(shù)小，能引入深能級雜質(zhì)、電子有效質(zhì)量小，能帶結(jié)構(gòu)特殊，可作磊晶片。GaAs的應(yīng)用：由于傳送訊號的射頻元件需要工作頻率高、低功率消耗、低雜訊等特色，而砷化鎵本身具有光電特性與高速，因此砷化鎵多用於光電元件和高頻通訊用元件。砷化鎵可應(yīng)用在WLAN、WLL、光纖通訊、衛(wèi)星通訊、LMDS、VSAT等微波通訊上。第五頁，共十頁，2022年，8月28日空間太陽電池主要性能—電池效率◎25℃，AM0條件下太陽電池效率

電池類型

面積（cm2）效率（%）電池結(jié)構(gòu)

一般Si太陽電池64cm2

14.6

單結(jié)太陽電池

先進(jìn)Si太陽電池

4cm2

20.8

單結(jié)太陽電池

GaAs太陽電池

4cm2

21.8

單結(jié)太陽電池

InP太陽電池

4cm2

19.9

單結(jié)太陽電池

GaInP/GaAs

4cm2

26.9

單片疊層雙結(jié)太陽電池

GaInP/GaAs/Ge

4cm2

25.5

單片疊層雙結(jié)太陽電池

GaInP/GaAs/Ge

4cm2

27.0

單片疊層三結(jié)太陽電池

◎聚光電池

GaAs太陽電池

0.07

24.6

100X

GaInP/GaAs

0.25

26.4

50X，單片疊層雙結(jié)太陽電池

GaAs/GaSb

0.05

30.5

100X，機(jī)械堆疊太陽電池

問題提出：為什么GaAs的光轉(zhuǎn)化效率大于硅？第六頁，共十頁，2022年，8月28日三、納米氧化鋅的應(yīng)用納米氧化鋅的主要性質(zhì)：1、表面效應(yīng)：伴隨著粒徑的減小，表面原子數(shù)的迅速增加，納米粒子的表面積、表面能都迅速增大。表面原子周圍缺少相鄰的原子，有許多懸空鍵，具有不飽和性質(zhì)，易與其它原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來，故具有很大的化學(xué)活性。伴隨表面能的增加，其顆粒的表面原子數(shù)增多，表面原子數(shù)與顆粒的總原子數(shù)的比值增大，于是便產(chǎn)生了“表面效應(yīng)”，即“表面能”與“體積能”的區(qū)分就失去了意義，使其表面與內(nèi)部的晶格振動產(chǎn)生了顯著變化，導(dǎo)致納米材料具有許多奇特的性能。2、體積效應(yīng)：納米粒子的尺寸與傳導(dǎo)電子的德布羅意波長相當(dāng)或更小時，周期性的邊界條件將被破壞，磁性、內(nèi)壓、光吸收、熱阻、化學(xué)活性、催化劑及熔點等都較普通粒子發(fā)生了很大的變化，這就是納米粒子的體積效應(yīng)，這種體積效應(yīng)為實際應(yīng)用開拓了廣闊的新領(lǐng)域納米氧化鋅的應(yīng)用：納米氧化鋅在橡膠輪胎中的應(yīng)用

第七頁，共十頁，2022年，8月28日四、氧化鋁的多種變體氧化鋁有多種變體,其中最為人們所熟悉的是α型氧化鋁和γ型氧化鋁，二者均為白色無定形粉末主要應(yīng)用：α型氧化鋁在α型氧化鋁的晶格中，氧離子為六方緊密堆積，Al3+對稱地分布在氧離子圍成的八面體配位中心，晶格能很大，故熔點、沸點很高．α型氧化鋁不溶于水和酸，工業(yè)上也稱鋁氧，是制金屬鋁的基本原料；也用于制各種耐火磚、耐火坩堝、耐火管、耐高溫實驗儀器；還可作研磨劑、阻燃劑、填充料等；高純的α型氧化鋁還是生產(chǎn)人造剛玉、人造紅寶石和藍(lán)寶石的原料；還用于生產(chǎn)現(xiàn)代大規(guī)模集成電路的板基γ型氧化鋁γ型氧化鋁是氫氧化鋁在140-150℃的低溫環(huán)境下脫水制得，工業(yè)上也叫活性氧化鋁、鋁膠．其結(jié)構(gòu)中氧離子近似為立方面心緊密堆積，Al3+不規(guī)則地分布在由氧離子圍成的八面體和四面體空隙之中．γ型氧化鋁不溶于水，能溶于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液，將它加熱至1200℃就全部轉(zhuǎn)化為α型氧化鋁．γ型氧化鋁是一種多孔性物質(zhì)，每克的內(nèi)表面積高達(dá)數(shù)百平方米，活性高吸附能力強(qiáng)．工業(yè)品常為無色或微帶粉紅的圓柱型顆粒，耐壓性好．在石油煉制和石油化工中是常用的吸附劑、催化劑和催化劑載體；在工業(yè)上是變壓器油、透平油的脫酸劑，還用于色層分析；在實驗室是中性強(qiáng)干燥劑，其干燥能力不亞于五氧化二磷，使用后在175℃以下加熱6-8h還能再生重復(fù)使用．目前世界上用拜耳法生產(chǎn)的氧化鋁要占到總產(chǎn)量的90%以上，氧化鋁大部分用于制金屬鋁，用作其它用途的不到10%．第八頁，共十頁，2022年，8月28日阻燃劑--納米超細(xì)氧化鉍納米超細(xì)氧化鉍在阻燃劑方面的應(yīng)用前景：阻燃劑是用以改善材料抗燃性、阻止材料被引燃及抑制火焰?zhèn)鞑サ奈镔|(zhì)，主要用于合成高分子材料和天然高分子材料(包括塑料、橡膠、纖維、木材、紙張、涂料等)的阻燃。選用阻燃劑時主要考慮：用量少，阻燃效率高；使用簡便，成本低廉；無毒或基本無毒，燃燒時產(chǎn)生的有毒和腐蝕性氣體量及煙量少。按阻燃機(jī)理，當(dāng)氯化物的沸點和金屬元素與Cl形成的化學(xué)鍵強(qiáng)度都比較低時，氧化物的阻燃能力較強(qiáng)。在298K時，Sb和Bi與氯與形成化學(xué)鍵的鍵能分別為(360±50)、(305土8)kJ/mol，SbCl3和BiCl3的沸點分別為506.2、720K。可見與常用的Sb2O3一樣，Bi2O3是一種阻燃能力較強(qiáng)的阻燃劑鉍是一種環(huán)境友好的金屬，鉍阻燃劑不僅能阻燃，而且有消煙作用，著火時不會產(chǎn)生大量有毒煙霧。在另一方面，雖然鉍比銻貴，但鉍的用量僅為銻的1/6。氧化鉍正部分替代氧化銻用于阻燃劑行業(yè)。納米超細(xì)氧化鉍由于其粒度細(xì)小使高分子材料具有特殊的延展性，如果采用納米氧化鉍對高分子材料進(jìn)行阻燃處理，可以實現(xiàn)難燃性和自熄性，其阻燃性能比微米級提高1個數(shù)量級，尤其是納米氧化鉍粒子直徑小于化纖纖維的直徑，可加入到化纖原料母粒中，這樣紡絲后在化纖中均勻分布阻燃材料，從