材料化学第讲新型金属材料.ppt

4.4形状记忆合金4.4.4形状记忆合金应用（4）在热电等高科技方面的应用20世纪是机电学的时代。传感——集成电路——驱动是最典型的机械电子控制系统，但复杂而庞大。形状记忆材料兼有传感和驱动的双重功能，可以实现控制系统的微型化和智能化，如全息机器人、毫米级超微型机械手等。21世纪将成为材料电子学的时代。形状记忆合金的机器人的动作除温度外不受任何环境条件的影响，可望在反应堆、加速器、太空实验室等高技术领域大显身手。第41页,共56页，星期六，2024年，5月4.5贮氢合金氢能系统20世纪70年代的“能源危机”促使各国认真审视自己的能源结构，并寻找新的能源。然而，“车载能源的潜在危机”并没有得到有效解除。也就是说，当石油、煤和天然气用完后，人类用什么来驱动汽车的问题依然存在。氢是一种热值很高的燃料。燃烧1千克氢可放出62.8千焦的热量，1千克氢可以代替3千克煤油。氢氧结合的燃烧产物是最干净的物质—水，没有任何污染。氢的来源非常丰富，若能从水中制取氢，则可谓取之不尽、用之不竭。第42页,共56页，星期六，2024年，5月4.5贮氢合金氢－－－最有希望的“车载”新能源之一。1、氢是自然界中存在最普遍的元素，它主要以化合物的形式存在于水中，而水是地球上最广泛的物质，贮水量约为2.1×1018亿吨。氢燃烧反应又生成水，所以氢是一种不受资源限制取之不尽、用之不竭的能源。2、氢本身无毒，燃烧时不产生对环境有害的污染物质，所以氢是一种最清洁的能源。3、除核燃料外氢的发热值是所有燃料中最高的，为(1.21～1.43)×105kJ·kg-1H2，是汽油发热值的3倍，是焦炭发热值的4.5倍。4、氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。5、可直接用作发动机燃料、也可以以燃料电池方式驱动汽车。6、现有的内燃机稍加改装即可使用氢。第43页,共56页，星期六，2024年，5月4.5贮氢合金总体来说，氢气贮存有物理和化学两大类。物理贮氢方法主要有：液氢贮存、高压氢气贮存、活性炭吸附贮存、碳纤维和碳纳米管贮存、玻璃微球贮存等。化学贮氢方法有：金属氢化物贮存、有机液态氢化物贮存、无机物贮存、铁磁性材料贮存等。在整个氢能系统中，贮氢是最关键的环节。(1)液化贮氢这是一种深冷的液氢贮存技术。氢气经过压缩之后，深冷到21K以下使之变为液氢，然后存贮到特制的绝热真空容器中。常温、常压下液氢的密度为气态氢的845倍，液氢的体积能量密度比压缩贮存高好几倍，这样，同一体积的贮氢容器，其贮氢质量大幅度提高。第44页,共56页，星期六，2024年，5月4.5贮氢合金(2)氢气高压贮存目前，工业上常用高压气瓶贮氢。氢气经过加压(约15MPa)，贮存于钢制圆筒形容器中。其缺点是需要厚重的耐压容器，并要消耗很多的氢气压缩功。由于氢气密度小，在有限的容积中只能贮存少量的氢气。高压容器本身笨重，不易搬动。氢气的质量只占容器质量的1％～2％，且处于高压下，因此在经济上和安全上均不可取。(3)金属氢化物贮存金属氢化物贮氢，氢以原子状态贮存于合金中。重新释放出来时，经历扩散、相变、化合等过程。这些过程受热效应与速度的制约，不易爆炸，安全性强。有些金属氢化物贮氢密度可达标准状态下氢气的1000倍，与液氢相同甚至超过液氢。第45页,共56页，星期六，2024年，5月4.5贮氢合金(4)非金属材料贮氢一种是化合形式，一种是物理吸附形式。氢可与许多非金属的元素或物质相作用，构成各种非金属氢化物。吸附吸氢材料主要有分子筛、活性炭、高比表面积活性碳、新型吸附剂等。(5)有机液体贮氢贮氢量大，苯和甲苯的理论贮氢量分别为7.19％和6.18％(质量)；贮氢剂和氢载体的性质与汽油类似，贮存、运输、维护安全方便，便于利用现有的油类贮存和运输设施，设备简便；可多次循环使用，寿命可达20年。第46页,共56页，星期六，2024年，5月4.5.1贮氢合金的特殊功能4.5贮氢合金贮氢合金是在一定的温度和氢气压力下，可以多次吸收、贮存和释放氢气的材料贮氢合金能解决氢气的安全贮存和运输问题。最早发现的是金属钯，1体积钯能溶解几百体积的氢气，但钯很贵，缺少实用价值。铷镧镍金属间化合物：每克镧镍合金能贮存0.157升氢气，略为加热，就可以使氢气重新释放出来。LaNi5是镍基合金，铁基合金可用作储氢材料的有TiFe，每克TiFe能吸收贮存0.18升氢气。其他还有镁基合金，如Mg2Cu、Mg2Ni等，都较便宜。第47页,共56页，星