電力系統(tǒng)新能源的建設(shè)和發(fā)展,控制方法及前沿科技綜述_圖文

1、課程設(shè)計任務(wù)書2014 年秋季學(xué)期學(xué)生姓名學(xué)號專業(yè)方向班級題目名稱新能源關(guān)于太陽能及其發(fā)電技術(shù)的簡介及應(yīng)用一、電力系統(tǒng)新能源的建設(shè)和發(fā)展,控制方法及前沿科技綜述新能源大規(guī)模開發(fā)、安全高效利用,是解決我國經(jīng)濟和社會快速發(fā)展過程中日益凸顯的能源需求增長與能源緊缺、能源利用與環(huán)境保護之間矛盾的必然選擇;以風(fēng)能、太陽能為代表的新能源是最具規(guī)?；_發(fā)前景的新能源,在我國發(fā)電構(gòu)成中的百分比逐年增加。但新能源在利用上面還有許多技術(shù)并未成熟應(yīng)用,請你通過查閱相關(guān)的科技文獻,了解新型能源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用、發(fā)電原理和控制方法,進一步了解智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展,目前的科技前沿問題,完成綜述性文章。二、內(nèi)容及要求:1

2、、熟悉題目要求,查閱相關(guān)科技文獻,閱讀不少于30篇相關(guān)論文。2、按要求完成電力系統(tǒng)新型能源發(fā)電的原理、控制方法和目前存在的技術(shù)困難。3、列出所有參考的論文名稱和雜志名稱,或相關(guān)科技網(wǎng)站。4、根據(jù)你的理解給出某自動控制方法或具體算法的評價。5、了解智能電網(wǎng)的概念及應(yīng)用。三、本次電力系統(tǒng)綜合訓(xùn)練計提交的成果:1、完成該綜述性文章打印稿,(不少于40頁,約2萬字左右。2、中、英文摘要(中文摘要約200字,35個關(guān)鍵詞具體排版格式如下。1論文的頁眉(用5號宋體2頁眉內(nèi)容為題目3論文各章節(jié)題序及標(biāo)題規(guī)范要求各章題序及標(biāo)題小2黑體各節(jié)一級題序及標(biāo)題小3黑體各節(jié)二級題序及標(biāo)題4號黑體正文小4號、宋體四、列出

3、全部參考文獻和技術(shù)資料,論文名稱及其書籍包括外文文獻不少于30篇(本(部。五、各階段安排第1-2天:了解設(shè)計內(nèi)容及要求,熟悉設(shè)計題目。第3-4天:確定某種算法和軟件,查相關(guān)的科技文獻。第5-10天:形成自己的綜述性文章初稿。第11-14天:整體內(nèi)容檢查、排錯,反復(fù)修改和按要求排版并打印。第15天:答辯。指導(dǎo)教師簽字論文打印規(guī)范一、頁面要求論文需用A4紙印刷,版心大小為155mm×253mm,頁眉一般為11mm(即頁眉至正文的距離,頁腳一般為11mm(即正文至頁碼的距離,上、下頁邊距為22mm,左、右邊距為25mm,每頁35行,每行35字,頁碼在版心下邊線之下隔行居中放置。二、字體和字

4、號各章題序及標(biāo)題小2號黑體,上下各空一行;各節(jié)一級題序及標(biāo)題小3號黑體,上下各空12磅;各節(jié)的二級題序及標(biāo)題4號黑體,上下各空6磅;各節(jié)的三級題序及標(biāo)題小4號黑體;上下各空6磅;款、項均采用小4號黑體;正文用小4號宋體。頁眉用5號宋體。三、摘要及關(guān)鍵詞摘要題頭應(yīng)居中,中文摘要字樣如下:摘要(小2號黑體然后隔行書寫摘要的文字部分。(字體為小4號宋體摘要文字之后隔一行頂格(齊版心左邊線印有:關(guān)鍵詞:詞;詞;詞(小4號黑體(關(guān)鍵詞3-8個,黑體小4號字附錄中非中文撰寫的學(xué)位論文的詳細(xì)中文摘要,用小2號黑體居中書寫中文標(biāo)題,摘要內(nèi)容用小4號宋體。四、目錄(此二字為四號黑體,且與下面內(nèi)容之間隔一行的距離

5、目錄中各章題序及標(biāo)題用小4號黑體,其余用小4號宋體。格式舉例如下:PMMA/MMT納米復(fù)合材料耐腐蝕行為研究金屬材料工程02080105 楊靜指導(dǎo)教師楊瑞成教授摘要對聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土(PMMA/MMT復(fù)合材料在硫酸介質(zhì)中的腐蝕情況進行了研究,探討了蒙脫土含量、硫酸濃度以及腐蝕時間對腐蝕速率的影響,并用FTIR、XPS、SEM和EDS對腐蝕產(chǎn)物膜進行分析。結(jié)果表明,硫酸濃度較低且腐蝕時間較短時,含有 2 %3 %蒙脫土的復(fù)合材料的腐蝕速率比純聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA明顯降低;PMMA及其復(fù)合材料的腐蝕速率隨腐蝕時間的延長而下降,隨硫酸濃度的增加而上升;硫酸濃度越高或腐蝕時間越長,復(fù)合材

6、料中蒙脫土的片層阻隔作用越不明顯。PMMA與PMMA/MMT納米復(fù)合材料的腐蝕產(chǎn)物為C、H、O和S元素,對C1s、O1s和S2p峰精細(xì)掃描及分峰擬合表明,這些元素以S-O、C=O、C-O、O-H、C-H和C-C的形式存在,蒙脫土的阻隔效應(yīng),使得復(fù)合材料中的PMMA基體降解行為減弱。關(guān)鍵詞:硫酸;腐蝕速率;聚甲基丙烯酸甲酯;蒙脫土;復(fù)合材料AbstractThis paper studies the corrosion of sulphur acid in polymethyl methacrylate/ montmorillonite composites and discusses the

7、effects of concentration and corrosion time of sulfuric acid and content of montmorillonite on the corrosion rate. The corrosion products were analyzed by FTIR, XPS, EDS and SEM. The results show that the corrosion rate of composites containing 2 %3 % montmorillonite is lower obviously than that of

8、pure PMMA when the concentration of sulfuric acid is low and time of corrosion is short; the corrosion rates of both PMMA and its composites decrease with the increasing of corrosion time but increase with the increase of the concentration of sulfuric acid; the longer of the corrosion time or higher

9、 of the concentration of sulfuric acid, the weaker of the barrier ability of montmorillonite layer in composites. The corrosion products of both PMMA and its nanocomposites are C, H, O and S, XPS fine scanning and a devolution into multiple sub peaks of the C1s, O1s and S2p peaks reveal that all abo

10、ve elements are present as S-O, C=O, C-O, O-H, C-H and C-C, and the barrier effect of montmorillonite layer in composites makes the degradation behavior of PMMA weaker than that of pure PMMA.Key words: sulfuric acid; corrosion rate; polymethyl methacrylate; montmorillonite; composites一、前言聚甲基丙烯酸甲酯(PM

11、MA是透明性最好的聚合物材料之一,具有優(yōu)良的耐蝕性、電絕緣性和加工性能,但其硬度低,不耐刮傷,且耐熱性較差,蒙脫土的加入,實現(xiàn)了無機物和有機物在納米尺度上的復(fù)合,具有較好的耐熱性、阻燃性和力學(xué)性能,有廣闊的發(fā)展前景1。但PMMA原本優(yōu)良的耐蝕性能在改性前后的變化情況尚未見文獻報道。鑒于此,本文對聚甲基丙烯酸甲酯/蒙脫土(PMMA/MMT復(fù)合材料的硫酸腐蝕行為進行研究。二、實驗原料、方法及儀器將自制的不同MMT含量的PMMA/MMT納米復(fù)合材料切割成尺寸為20 mm×30 mm×6 mm的試樣。采用失重法研究MMT含量、種類、硫酸濃度和腐蝕時間對PMMA腐蝕速率的影響。取3次

12、平行試驗的平均值作為測試結(jié)果。分別采用FTIR 、XPS 、EDS 和SEM 對腐蝕產(chǎn)物膜進行成分和形貌分析。 三、結(jié)果與討論(一蒙脫土含量、腐蝕時間及硫酸濃度對腐蝕速率的影響由圖1可知,腐蝕時間、硫酸濃度一定時,隨著MMT 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加(0 %4 %,試樣的腐蝕速率先減小后增加,MMT 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2 %3 %時,試樣的腐蝕速率最小。由腐蝕速率最小的復(fù)合材料試樣的腐蝕速率下降率(相對于純PMMA 試樣與腐蝕時間的關(guān)系圖1(a可知,隨著腐蝕時間的延長,PMMA/MMT 腐蝕速率下降率總體呈下降趨勢。由腐蝕速率最小的復(fù)合材料試樣的腐蝕速率下降率與腐蝕時間的關(guān)系圖1(b可知,PMMA/MMT 腐蝕

13、速率下降率隨硫酸濃度的增加呈下降趨勢。由圖1還可知,PMMA 及其復(fù)合材料試樣的腐蝕速率隨腐蝕時間的延長而減小,隨硫酸濃度的增加而增加。0123430405060708090100110120V /g ·m -2·h -1Montmorillonite content /%12 h6 h 4 h 2 h123455560V /g ·m -2·h -1Montmorilloninte content /%18 mol/L14 mol/L 12 mol/L 11 mol/L(a 18 mol/L 硫酸,室溫 (b 室溫,腐蝕時間為6 h 圖1 蒙脫土含量、腐

14、蝕時間及硫酸濃度對試樣腐蝕速率的影響(二PMMA/MMT 腐蝕產(chǎn)物表面膜分析將PMMA 、PMMA/2wt%MMT2和PMMA/4wt%MMT2納米復(fù)合材料試樣放入濃度為11 mol/L 的硫酸,室溫腐蝕6 h ,取出,用去離子水洗滌多次,晾干,切出腐蝕產(chǎn)物膜。1. FTIR 分析由圖2可見,復(fù)合材料中527 cm -1處的Al-O 伸縮振動峰在腐蝕產(chǎn)物中完全消失,1018 cm -1處Si-O 伸縮振動和460 cm -1處Si-O 變角振動可能消失,也可能被硫酸的特征峰屏蔽,結(jié)合下邊的XPS 分析,確定其不存在,說明復(fù)合材料的腐蝕產(chǎn)物中無MMT 成分;PMMA 及其復(fù)合材料的腐蝕產(chǎn)物在16

15、34.79 cm -1出現(xiàn)的比較明顯的峰是水分子O-H-O 的擴展運動引起的,說明腐蝕產(chǎn)物試樣在空氣中吸收了水分;腐蝕產(chǎn)物中,PMMA 及其復(fù)合材料在757.27 cm -1處的C-H 吸收峰依然存在,而在30002800 cm -1的-CH 2 和-CH 3伸縮振動吸收峰、1730 cm -1左右的C=O 吸收峰、1465-1340 cm -1的C-H 彎曲振動峰和12001000 cm -1的C-O 伸縮振動峰皆為硫酸強的特征吸收峰屏蔽,無法識別;此外,661.70 cm -1處新出現(xiàn)的吸收峰應(yīng)為從PMMA 中降解斷裂出來的C-O 鍵振動。4000360032002800240020001

16、6001200800400硫酸PMMA復(fù)合材料復(fù)合材料腐蝕產(chǎn)物PMMA腐蝕產(chǎn)物R e l a t i v e i n t e n s i t yWave numbers /cm-11000800600400200Binding energy /eVR e l a t i v e C P SPMMA/MMT nanocompositesPMMAS2pS2pC1sC1sO1sO1s圖2 FTIR 圖譜 圖3 XPS 全掃描測量譜2. XPS 分析由全譜掃描分析(圖3可知,PMMA 及其復(fù)合材料腐蝕產(chǎn)物中只含有S 、C 和O三種元素,其中C 元素來自PMMA ,O 元素來自PMMA 和腐蝕介質(zhì),S

17、元素來自腐蝕介質(zhì),說明腐蝕產(chǎn)物主要是C 和S 的氧化物或它們的混合物,當(dāng)然,試樣和硫酸介質(zhì)中都含有氫元素,所以腐蝕產(chǎn)物中也應(yīng)有其存在,只是XPS 表征無法測到H 元素而已。由腐蝕產(chǎn)物膜表面的各元素XPS 分析(圖4、5可知,MMT 加入后,PMMA 硫酸腐蝕產(chǎn)物中,元素的化學(xué)環(huán)境基本沒有變化,都是以C-C 、C-H 、C-O 、C=O 、O-H 和S-O 的形式存在。在PMMA 及其復(fù)合材料腐蝕表面的C1s 峰上,C-C 和C-H 峰仍然是占主導(dǎo)地位,說明腐蝕產(chǎn)物表面的C-O 和C=O 基團較少。此外,由O1s 子峰面積的變化可以看出,MMT 的阻隔效應(yīng),使得PMMA 基體的降解行為減弱,所以

18、腐蝕產(chǎn)物中S-O 的峰面積增大,即硫元素含量增大。29028828628428220004000600080001000012000Binding energy /eV284.98286.74289.05C P S53853653453253002000400060008000100001200014000Binding energy /eV535.45532.40533.76533.19C P S1600 169.88 1400 1200 1000 CPS 800 600 400 200 0 172 170 168 Binding energy /eV (a C1s S2p 圖4 (b O1

19、s PMMA 腐蝕產(chǎn)物 C1s 、O1s 和 S2p 的 XPS 圖譜 (c 12000 14000 12000 10000 284.96 8000 10000 8000 6000 CPS 6000 CPS 533.88 535.47 532.62 4000 4000 2000 0 538 2000 286.62 289.16 533.23 536 534 532 530 0 290 288 286 284 282 Binding energy /eV Binding energy /eV 2000 170.13 1500 CPS 1000 500 0 174 172 170 168 166

20、Binding energy /eV (a C1s 圖5 (b O1s PMMA/2%MMT 腐蝕產(chǎn)物 C1s 、O1s 和 S2p 的 XPS 圖譜 (c S2p 3. EDS 分析 從 PMMA 及 PMMA/MMT 腐蝕膜內(nèi)外表面元素含量變化（表 1）可見，所有樣品腐蝕 產(chǎn)物膜的內(nèi)外表層元素含量變化趨勢基本一致，即內(nèi)表面的 C 元素含量高于對應(yīng)外表面， 相應(yīng)地，S 元素含量低于外表面。說明腐蝕過程中，試樣中的 C 鏈發(fā)生降解、斷裂，從試樣 中慢慢滲出，所以出現(xiàn)由內(nèi)到外，C 元素的含量逐漸減少，相應(yīng)地，S 元素由外向內(nèi)，含量 逐漸減少。 由表 1 還可知，隨著 MMT 含量的增加，復(fù)合材料

21、試樣腐蝕產(chǎn)物中的 C 元素先減小后 增加， 而 S 元素先增加后減少， 這可能是適量 MMT 的加入， 其片層阻隔作用可改善 PMMA 的耐硫酸腐蝕行為， 即抑制了 PMMA 的降解， 導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物膜中 C 元素含量降低。 但 MMT 加入過量，其片層與復(fù)合材料之間的作用力變差，MMT 片層的阻隔作用減弱，所以腐蝕產(chǎn) 物膜中 C 元素含量反而上升。 PMMA 中無 Si 和 Al 元素存在，其少量數(shù)值是由測試中，儀器的背景噪音產(chǎn)生。此外， PMMA/MMT 中 Si 和 Al 元素含量變化的無規(guī)則是由于 Si 和 Al 元素含量本身就很少，加上 測試儀器的誤差引起。 此外，由腐蝕產(chǎn)物外表面元素

22、分布圖（圖略）可知，各種元素分布都比較均勻，表明復(fù) 合材料沒有發(fā)生選擇性腐蝕而是均勻腐蝕；由腐蝕產(chǎn)物截面元素分布圖（圖略）表明，腐蝕 產(chǎn)物膜由外向內(nèi)，C 元素含量增加，而 S 元素含量減少。 4. SEM 分析 由圖 6（a） 、 （b）可知，純 PMMA 腐蝕產(chǎn)物的內(nèi)外表面比較致密；少量 MMT 的加入圖 6（c） 、 （d），其抗腐蝕作用使得腐蝕膜內(nèi)外表面出現(xiàn)明顯的孔，而且內(nèi)表面的孔大于外表 面明顯，這是由于 MMT 抗腐蝕作用產(chǎn)生的孔在腐蝕過程中，被周圍的腐蝕產(chǎn)物不斷填充造 成的；過量 MMT 的加入圖 6（e） 、 （f），由于 MMT 片層與 PMMA 的作用力減弱，在硫 酸的作用下

23、，MMT 自身容易從復(fù)合材料中分離出來，所以腐蝕產(chǎn)物的內(nèi)表面出現(xiàn)不光滑的 小坑，并在周圍的腐蝕產(chǎn)物的填充下形成圖 6（e）所示的外表面。 5. 腐蝕機理研究 塑料腐蝕的基本原因，是由于化學(xué)介質(zhì)向塑料內(nèi)部滲透、擴散產(chǎn)生溶脹、溶解、開裂或 介質(zhì)與塑料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致各種腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。而少量的 MMT 以片層形式分散于聚 合物基體中，可使復(fù)合 （a）PMMA outer surface outer surface (b PMMA inner surface （c）PMMA/2%MMT (d PMMA/2%MMT inner surface inner surface 圖6 （e）PMMA/4%MMT outer surface (f PMMA/4%MMT PMMA 及其復(fù)合材料腐蝕產(chǎn)物表面 SEM 圖 材料表現(xiàn)出優(yōu)異的氣、液阻隔性能2。所以少量 MMT 的加入（2 %3 %） ，可阻止硫酸 介質(zhì)向聚合物基體內(nèi)部滲透、擴散，進而降低復(fù)合材料試樣的腐蝕速率。但 MMT 的添加過 量時，聚合物與 MMT 之間的結(jié)合力會變?nèi)?，MMT 便易被硫酸從聚合物基體溶解出來，導(dǎo) 致腐蝕速率上升。 PMMA 及其復(fù)合材料試樣表層的腐蝕產(chǎn)物膜的厚度隨著腐蝕時間的延長而增加。腐蝕 產(chǎn)物膜可阻止硫酸介質(zhì)的進一步腐蝕，所以 PMMA 及其復(fù)合材料的腐蝕速度隨著腐蝕時間 的延長而下降。腐蝕時間較