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材料技术和能源技术 第一节 新材料的应用 第二节、新能源的开发 第十章 材料技术和能源技术 现代文明的三大支柱 本章内容 新材料的应用 新能源的开发 第一节 新材料的应用 材料的分类 新型金属材料——贮氢金属 在储氢合金中,一个金属原子能与2- 3个甚至更多个氢原子结合,生成金属氢化物。所以储氢合金的储氢能力很强。 一单位体积的储氢合金能储存1000—1300单位体积的氢。 金属贮氢和传统贮氢的比较优势 气态 -- 150 大气压 钢瓶 贮氢的传统方法 液态 -- -253 ℃ 液化 钢瓶 贮氢金属或合金 —— 能吸收 H2 的金属或合金。 新型金属材料——形状记忆合金 T1 ( 形状)1 恢复 T2 (形状)2 形状记忆合金记忆原理 在有些材料中,即使是同一材料组成的晶体中,也可能存在不同的晶体结构,这种现象称为同素异构。金刚石和石墨就是炭的同素异构体。 陶瓷材料的发展 新型陶瓷材料——高温结构陶瓷 原料: 氮化硅、碳化硅…… 制备: 1400 ℃ 烧结 用途: 智能陶瓷 特点: 对温度、湿度、气体浓度等有敏感性 用途: 传感器 复合材料 1. 定义 由两种或两种以上的组份材料组成的新材料。 2. 特点 强度高、重量轻、刚性大、 抗疲劳、减振性、耐温性好 3.构成及用途 高分子材料 特点:弹性、可塑性、电绝缘性。 高分子合成材料可分为合成橡胶、塑料、化学纤维。 常见的用处:以美国塑料为例,27%的塑料用于建筑和结构材料,25%用于包装,4.4%医用,其余用于交通运输、电子电器、家具、仪器等等。已经在一定程度上取代了钢材、木材、棉花等天然材料。 纳米材料 第二节 新能源技术 本节教学目的与要求: 了解和掌握能源的概念和分类; 了解当今世界人类所面临的能源问题; 了解和熟悉新能源技术。 人类能源利用三个时期 柴草时期 从人类开始用火到18世纪中叶。 煤炭时期 从18世纪中到18、19世纪之交 。 石油时期 从18、19世纪之交到现在 。 能源问题 煤炭石油作为能源面临的三个问题: 储量有限; 浪费化工原料; 燃烧污染环境。 能源消耗 2004年世界石油消费量达到8075.7万桶/日,仅够用40年。 2004年世界煤炭消费量为1523万吨/日,供开采和使用的年限为162年左右。 一、能源及其分类 1 、能源 能源是指人类用来获取能量的自然资源。 2 、能源的分类 按来源不同分三类 形成条件不同分两类 按能否反复利用分两类 按开发使用的程度不同分两类 二、新能源技术 核能; 太阳能; 地热能; 风能; 海洋能; 生物能; 氢能。 (一)核能 1、核能特点 定义:核能又称原子能。它是指原子核结构发生变化(核裂变、核聚变)时释放出的能量。 核能比化石燃料燃烧放出的能量大得多。 1kg铀235 = 1800 t 石油或2800 t 标准煤。 2、核裂变反应 它是指一个重原子核分裂成2个较轻的新原子核的过程; 用来进行核裂变反应并连续释放能量的物质,称核裂变燃料。 铀 = 铀238(99.28%)+ 铀235(0.714%) + 铀234(0.006%) 2、核裂变反应 如果核裂变反应中产生的中子再引起其它的铀核裂变,就可使核裂变反应不断地进行下去,称为“链式反应”。链式反应的速度极快,两次反应间隔时间只有2x10-14秒。 在链式反应中,后一代中子数与前一代中子数之比称为倍增系数(k)。 3、核电站 利用核能来发电的装置称为核电站,目前大多数核电站是利用核裂变能来发电的; 核电站的核心是核反应堆,核反应堆有多种类型,目前运行的核电站以热中子轻水堆居多; 压水堆型核电厂的简要流程示意图 (二) 3、核电站 1954年,前苏联建成世界上第一座核电站; 现在世界上有30多个国家的400多座核电站在运行,占世界总电力的20%左右; 我国秦山核电站、大亚湾核电站已建成和正式发电,秦山二期、三期核电工程、岭澳核电工程、连云港核电工程也将于近年内建成发电。 3、核电站 核电站的安全性 一般来说,如果防范措施得当,核电站是很安全的。历史上曾发生过两次核电站核泄露事故: 一次是1979年3月18日,美国三里岛核电站堆芯熔毁; 另一次是1986年4月26日,前苏联切尔诺贝利核电站4号反应堆发生爆炸
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