第一篇第七章-材料技術(shù)和能源技術(shù)課件

第七章材料技術(shù)和能源技術(shù)第一節(jié)新材料的應(yīng)用第二節(jié)、新能源的開發(fā)第七章材料技術(shù)和能源技術(shù)第一節(jié)新材料的應(yīng)用1第七章材料技術(shù)和能源技術(shù)現(xiàn)代文明的三大支柱本章內(nèi)容新材料的應(yīng)用新能源的開發(fā)能源信息材料第七章材料技術(shù)和能源技術(shù)現(xiàn)代文明的三大支柱能源2

材料和能源是工業(yè)的基礎(chǔ)，是當(dāng)代高新技術(shù)賴以發(fā)展的追逐。材料是高新產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)載體，能源是高新產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力。從人類發(fā)展史看，能夠支配的材料和能源的種類與性質(zhì)，代表了不同的生產(chǎn)力發(fā)展水平，因此開發(fā)新材料、利用新能源是人類文明前進(jìn)的強(qiáng)大推動(dòng)力。

材料和能源是工業(yè)的基礎(chǔ)，是當(dāng)代高新技術(shù)賴以發(fā)展的追逐。材3第一節(jié)材料科技

新石器時(shí)代

青銅器時(shí)代

鐵器時(shí)代﹝硅時(shí)代﹞

歷史分期：以人類使用工具的材料劃分第一節(jié)材料科技?xì)v史分期：以人類使用工具4

每一種重要材料的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明，都極大地促進(jìn)和推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)展。因?yàn)椴牧鲜怯糜谥圃鞕C(jī)器、構(gòu)件和物品尤其是生產(chǎn)工具的物品，新材料應(yīng)用導(dǎo)致生產(chǎn)工具的改進(jìn)是生產(chǎn)力前進(jìn)的關(guān)鍵因素。18世紀(jì)煉鋼技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人類進(jìn)入工業(yè)時(shí)代。20世紀(jì)半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)步，人類進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。

每一種重要材料的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明，都極大地促進(jìn)和推動(dòng)了社會(huì)的發(fā)5材料分類結(jié)構(gòu)材料和功能材料結(jié)構(gòu)材料利用材料的力學(xué)性能，如強(qiáng)度、塑性、彈性、韌性等，制造機(jī)械部件。功能材料利用其物理或化學(xué)及生物特性，聲、光、電、磁及熱等，以實(shí)現(xiàn)某種功能。材料分類結(jié)構(gòu)材料和功能材料6材料分類按照應(yīng)用領(lǐng)域劃分信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等材料分類按照應(yīng)用領(lǐng)域劃分7按成分和特性金屬材料陶瓷材料復(fù)合材料高分子材料納米材料……材料的分類按成分和特性金屬材料材料的分類8新型金屬材料——貯氫金屬在儲(chǔ)氫合金中，一個(gè)金屬原子能與2-3個(gè)甚至更多個(gè)氫原子結(jié)合，生成金屬氫化物。所以儲(chǔ)氫合金的儲(chǔ)氫能力很強(qiáng)。一單位體積的儲(chǔ)氫合金能儲(chǔ)存1000—1300單位體積的氫。

(2/x)M+H2=(2/x)MHx+QX=1：2M+H2=2MH+QX=2：M+H2=MH2+Q新型金屬材料——貯氫金屬在儲(chǔ)氫合金中，一個(gè)金屬原子能與2-9金屬貯氫和傳統(tǒng)貯氫的比較優(yōu)勢(shì)

氣態(tài)--150大氣壓鋼瓶

貯氫的傳統(tǒng)方法液態(tài)--－253℃液化鋼瓶

貯氫金屬或合金——能吸收H2的金屬或合金。

一般儲(chǔ)氫合金，吸收與氫氣瓶?jī)?chǔ)氫容量相等的氫氣，其重量只有氫氣瓶的1/3，而體積卻不到氫氣瓶的1/10。金屬貯氫和傳統(tǒng)貯氫的比較優(yōu)勢(shì)10新型金屬材料——形狀記憶合金

T1(形狀)1恢復(fù)T2(形狀)2新型金屬材料——形狀記憶合金11形狀記憶合金記憶原理在有些材料中，即使是同一材料組成的晶體中，也可能存在不同的晶體結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱為同素異構(gòu)。金剛石和石墨就是炭的同素異構(gòu)體。

石墨的晶體結(jié)構(gòu)形狀記憶合金記憶原理在有些材料中，即使是同一材料組成的晶體中12

鐵也有兩種不同的基本晶體結(jié)構(gòu)，即體心立方鐵和面心立方鐵。這種由相同的原子組成的不同的晶體結(jié)構(gòu)，在材料學(xué)中又稱為不同的“相”。體心立方鐵和面心立方鐵屬不同的“相”，前者稱為α-Fe(鐵素體)，后者稱為γ-Fe(奧氏體)。前者是常溫下存在，而后者是高溫下存在，它們?cè)谟捕?、密度和塑性變形能力等性質(zhì)上都不相同。

鐵也有兩種不同的基本晶體結(jié)構(gòu)，即體心立方鐵和面心立方鐵。前13應(yīng)用1）記憶合金鉚釘

2）緊固件

3）衛(wèi)星自展天線（鎳—鈦）

4）形狀記憶合金發(fā)動(dòng)機(jī)

……應(yīng)用1）記憶合金鉚釘

14緊固件

待連接管

室溫下形狀記憶合金套管，內(nèi)徑比待連接管外徑小約4%

液N2中擴(kuò)管約8%

待連接管從兩端插入室溫套管收縮形成緊固密封件緊固件室溫下液N2中15超塑性合金它在適當(dāng)?shù)臏囟?相當(dāng)于其熔點(diǎn)溫度的一半)下，非常柔軟，可拉長(zhǎng)10倍、20倍，甚至100倍。這種高延伸率性能，容易加工成非常薄容器、薄壁件，一次成型，用來制造航空航天中的鈦合金構(gòu)件。超塑性合金它在適當(dāng)?shù)臏囟?相當(dāng)于其熔點(diǎn)溫度的一半)下，非常柔16非晶態(tài)合金晶體的原子和分子周期性排列，非晶體的原子與分子排列是混亂的。它是在極高的冷卻速度新工藝條件下制成的。千分之一秒內(nèi)冷卻為固體。非常薄，卻擁有高硬度和高強(qiáng)度，耐腐蝕。電子工業(yè)廣泛應(yīng)用。磁頭（壽命長(zhǎng)，音響佳），薄膜磁盤（紀(jì)錄密度大4-5倍）。非晶態(tài)合金晶體的原子和分子周期性排列，非晶體的原子與分子排列17陶瓷材料的發(fā)展傳統(tǒng)陶瓷

原料:天然礦物(巖石、沙子、粘土……)

制備：燒制例如：水泥、玻璃、磚瓦、耐火材料……

主要成分是硅酸鹽，其耐熱性低，易碎。

新型（精細(xì)、先進(jìn)）陶瓷

原料:精致、高純的化工原料

制備:先進(jìn)成型、燒結(jié)技術(shù)等制備工藝，特點(diǎn)：具有優(yōu)異性能：能承受高溫、高載荷，耐腐蝕、耐磨損。金屬和高分子材料無法比擬。

陶瓷材料的發(fā)展傳統(tǒng)陶瓷

18新型陶瓷材料——高溫結(jié)構(gòu)陶瓷原料:氧化鋁陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷和復(fù)相陶瓷等制備:1400℃燒結(jié)用途:機(jī)械零部件、集成電路和基片以及電子器件的理想材料。汽車、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度1300℃不水冷

重量輕陶瓷刀具（超?。┠p程度只是合金刀具十二分之一

新型陶瓷材料——高溫結(jié)構(gòu)陶瓷原料:氧化鋁陶瓷、氮化物陶19智能陶瓷特點(diǎn):對(duì)溫度、濕度、氣體濃度等有敏感性

用途:傳感器智能陶瓷特點(diǎn):對(duì)溫度、濕度、氣體濃度等有敏感性

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1.定義由兩種或兩種以上的組份材料組成的新材料。2.特點(diǎn)強(qiáng)度高、重量輕、剛性大、抗疲勞、減振性、耐溫性好3.構(gòu)成及用途

復(fù)合材料復(fù)合材料三要素基體材料增強(qiáng)劑復(fù)合方式1.定義復(fù)合材料復(fù)合材料三要素基體材21高分子材料特點(diǎn)：彈性、可塑性、電絕緣性。高分子合成材料可分為合成橡膠、塑料、化學(xué)纖維。常見的用處：以美國(guó)塑料為例，27%的塑料用于建筑和結(jié)構(gòu)材料，25%用于包裝，4.4%醫(yī)用，其余用于交通運(yùn)輸、電子電器、家具、儀器等等。已經(jīng)在一定程度上取代了鋼材、木材、棉花等天然材料。高分子材料特點(diǎn)：彈性、可塑性、電絕緣性。22納米技術(shù)(Nanotechnology)誕生：20世紀(jì)末，隨著一種新型顯微鏡(STM)的出現(xiàn)，人們能看清1納米大小的物質(zhì)，于是出現(xiàn)了納米技術(shù)，又稱毫微米技術(shù)。納米結(jié)構(gòu)：是指尺寸在100納米以下的微小結(jié)構(gòu)。納米技術(shù)是指在納米尺度的范圍內(nèi)，通過直接操縱和安排原子、分子來創(chuàng)造新物質(zhì)材料的技術(shù)。即研究100納米到0.1納米范圍內(nèi)物質(zhì)所具有的特異現(xiàn)象和特異功能，并在此基礎(chǔ)上制造新材料，研究新工藝的方法與手段。納米技術(shù)(Nanotechnology)誕生：20世紀(jì)末，隨23

納米技術(shù)的提出:費(fèi)曼提出納米技術(shù)的概念

40年前，諾貝爾物理獎(jiǎng)得主、量子物理學(xué)家費(fèi)曼作過一次題為《底部還有很大空間》的演講，被公認(rèn)為是納米技術(shù)思想的來源

納米技術(shù)的提出:費(fèi)曼提出納米技術(shù)的概念24人物介紹——費(fèi)曼費(fèi)曼對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)非常之大，很多物理學(xué)家把他稱為“新的”物理學(xué)之父，而愛因斯坦是“早先的”物理學(xué)之父。1965年，費(fèi)曼和朱利安·薛溫格、朝永振一郎共同獲得了諾貝爾物理獎(jiǎng)，他的主要貢獻(xiàn)在于對(duì)量子電動(dòng)力學(xué)的理解，這個(gè)學(xué)科研究的是光和帶電粒子之間的相互作用，特別是光和電子之間的相互作用。他在弱核反應(yīng)和超導(dǎo)研究當(dāng)中也作出了巨大的貢獻(xiàn)。人物介紹——費(fèi)曼費(fèi)曼對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)非常之大，很多物理學(xué)家把他25納米技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與發(fā)展直到放大倍率達(dá)千萬倍的掃描隧道顯微鏡（STM）發(fā)明后，納米技術(shù)才真正成為一門科技技術(shù)。從90年代初起，納米科技得到迅速發(fā)展，新名詞、新概念不斷涌現(xiàn)，像納米電子學(xué)、納米材料學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米生物學(xué)等等。專家預(yù)測(cè)：未來全球技術(shù)發(fā)展的9大關(guān)鍵技術(shù)之一就是納米科技的研究與應(yīng)用。納米技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與發(fā)展直到放大倍率達(dá)千萬倍的掃描隧道顯微鏡（S26掃描隧道顯微鏡(STM)1981年，美國(guó)IBM公司設(shè)在瑞士蘇黎世的實(shí)驗(yàn)室里，物理學(xué)家葛·賓尼(G.Binnig)和羅·海雷爾(H.Rohrer)發(fā)明了一種前所未有的新式顯微鏡，他們稱其為“掃描隧道顯微鏡

(ScanningTunnelingMicroscope)”簡(jiǎn)稱STM。

應(yīng)用這臺(tái)顯微鏡人們可以

看到原子大小的東西。掃描隧道顯微鏡(STM)1981年，美國(guó)IBM公司設(shè)在瑞士蘇27

STM的出現(xiàn)，使人類第一次能夠?qū)崟r(shí)地觀察單個(gè)原子物質(zhì)表面的排列狀態(tài)和與表面電子行為有關(guān)的物理、化學(xué)性質(zhì)，被國(guó)際公認(rèn)為80年代世界十大科技成就之一。賓尼希博士(GerdK.Binnig)和羅雷爾博士(HeinrichRohrer)由于掃瞄隧道顯微鏡(ScanningTunnelingMicroscopy)上的成就，共同獲得1986年諾貝爾物理獎(jiǎng)。

STM的出現(xiàn)，使人類第一次能夠?qū)崟r(shí)地觀察單個(gè)原子物質(zhì)表面28勢(shì)壘在兩塊導(dǎo)電物體之間夾一層絕緣體，若在兩個(gè)導(dǎo)體之間加上一定的電壓，通常是不會(huì)有電流從一個(gè)導(dǎo)體穿過絕緣層流向另一導(dǎo)體的，即：兩個(gè)導(dǎo)體之間存在著勢(shì)壘，像隔著一座山一樣勢(shì)壘在兩塊導(dǎo)電物體之間夾一層絕緣體，若在兩個(gè)導(dǎo)體之間加上一定29.隧道效應(yīng)假如這層勢(shì)壘的厚度很窄只有幾個(gè)納米時(shí)，由于電子在空間的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)波性，根據(jù)量子力學(xué)的計(jì)算，電子將穿過而不是越過這層勢(shì)壘，從而形成電流。形象地看如同在山腰部打通了一條隧道而火車通過隧道那樣，這種現(xiàn)象在量子力學(xué)中稱為隧道效應(yīng)。.隧道效應(yīng)假如這層勢(shì)壘的厚度很窄只有幾個(gè)納米時(shí)，由30STM的工作原理將針尖和樣品表面作為兩個(gè)電極，當(dāng)兩者之間的距離足夠小時(shí)，在電場(chǎng)的作用下，電子會(huì)穿過電極間的絕緣層，形成“隧道電流”，這種效應(yīng)就是隧道效應(yīng)。STM工作時(shí)的特點(diǎn)利用針尖掃描樣品表面，通過隧道電流獲取圖像。STM工作方式恒電流掃描恒高度掃描STM的工作原理將針尖和樣品表面作為兩個(gè)電極，當(dāng)兩者之間的距31移動(dòng)鐵原子1993年，美國(guó)科學(xué)家在低溫下，用STM針尖將48個(gè)鐵原子排成一個(gè)圓環(huán)，并且直接觀察到了電子駐波的圖形而后，他們又成功地移動(dòng)鐵原子寫成了兩個(gè)漢字“原子”。移動(dòng)鐵原子1993年，美國(guó)科學(xué)家在低溫下，用STM針尖將4832納米材料的奇異特性具有很高的活性

特殊的光學(xué)性質(zhì)

特殊的熱學(xué)性質(zhì)

特殊的磁學(xué)性質(zhì)

特殊的力學(xué)性質(zhì)

量子尺寸效應(yīng)宏觀量子隧道效應(yīng)納米材料的奇異特性具有很高的活性33具有很高的活性納米超微顆粒很高的“比表面積”決定了其表面具有很高的活性。在空氣中，納米金屬顆粒會(huì)迅速氧化而燃燒。利用表面活性，金屬超微顆?？赏蔀樾乱淮母咝Т呋瘎?、貯氣材料和低熔點(diǎn)材料。具有很高的活性納米超微顆粒很高的“比表面積”決定了其表面具有34特殊的光學(xué)性質(zhì)所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)時(shí)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色越黑。金屬超微顆粒對(duì)光的反射率很低，通?？傻陀趌%，大約幾微米厚度的膜就能起到完全消光的作用。利用這個(gè)特性可以制造高效率的光熱、光電轉(zhuǎn)換材料，以很高的效率將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、電能。另外還有可能應(yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身材料等。特殊的光學(xué)性質(zhì)所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)時(shí)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越35特殊的熱學(xué)性質(zhì)大尺寸的固態(tài)物質(zhì)其熔點(diǎn)往往是固定的，超細(xì)微化的固態(tài)物質(zhì)其熔點(diǎn)卻顯著降低，當(dāng)顆粒小于10納米量級(jí)時(shí)尤為突出。例如，金的常規(guī)熔點(diǎn)為1064℃，當(dāng)其顆粒的尺寸減小到10納米時(shí)，熔點(diǎn)會(huì)降低27℃，而減小到2納米尺寸時(shí)的熔點(diǎn)僅為327℃左右。特殊的熱學(xué)性質(zhì)大尺寸的固態(tài)物質(zhì)其熔點(diǎn)往往是固定的，超細(xì)微化的36特殊的磁學(xué)性質(zhì)磁性超微顆粒實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)生物磁羅盤。小尺寸磁性超微顆粒與大塊磁性材料有顯著不同，大塊純鐵的磁矯頑力約為80安/米，而當(dāng)顆粒尺寸減小到2×10-2微米以下時(shí)，其矯頑力可增加1000倍。若進(jìn)一步減小其尺寸，大約小于6×10-3微米時(shí)，其矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已制成高儲(chǔ)存密度的磁記錄磁粉，大量應(yīng)用于磁帶、磁盤、磁卡以及磁性鑰匙等。利用超順磁性，人們已將磁性超微顆粒制成了用途廣泛的磁性液體。特殊的磁學(xué)性質(zhì)磁性超微顆粒實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)生物磁羅盤。小尺寸磁37特殊的力學(xué)性質(zhì)陶瓷材料在通常情況下一般呈現(xiàn)脆性，由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料具有良好的韌性。呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3～5倍。金屬-陶瓷復(fù)合納米材料則可在更大的范圍內(nèi)改變材料的力學(xué)性質(zhì)。特殊的力學(xué)性質(zhì)陶瓷材料在通常情況下一般呈現(xiàn)脆性，由納米超微顆38量子尺寸效應(yīng)超微顆粒的小尺寸效應(yīng)還表現(xiàn)在超導(dǎo)電性、介電性能、聲學(xué)特性以及化學(xué)性能等方面。當(dāng)熱能、電場(chǎng)能或者磁場(chǎng)能比平均的能級(jí)間距還小時(shí)，就會(huì)呈現(xiàn)出一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，稱之為量子尺寸效應(yīng)。例如，導(dǎo)電的金屬在超微顆粒時(shí)可以變成絕緣體，磁矩的大小與顆粒中電子是奇數(shù)還是偶數(shù)有關(guān)；比熱亦會(huì)反常變化；光譜線會(huì)產(chǎn)生向短波長(zhǎng)方向的移動(dòng)，這就是量子尺寸效應(yīng)的宏觀表現(xiàn)。在低溫條件下，對(duì)超微顆粒必須考慮量子效應(yīng)，原有的宏觀規(guī)律已不再成立。量子尺寸效應(yīng)超微顆粒的小尺寸效應(yīng)還表現(xiàn)在超導(dǎo)電性、介電性能、39宏觀量子隧道效應(yīng)近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀物理量，如微顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量等顯示出隧道效應(yīng)，稱之為宏觀的量子隧道效應(yīng)。量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)將是未來微電子、光電子器件的基礎(chǔ)，或者說它確立了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限，當(dāng)微電子器件進(jìn)一步微型化時(shí)必須要考慮上述的量子效應(yīng)宏觀量子隧道效應(yīng)近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀物理量，如微顆粒的磁40納米材料的應(yīng)用與展望電子和通訊 全媒體存儲(chǔ)器；平板顯示器；納米醫(yī)療 納米結(jié)構(gòu)藥物；微型機(jī)器人；化學(xué)和材料 納米催化劑；納米陶瓷；能源 新型電池；氫燃料安全存儲(chǔ)；制造工業(yè) 微細(xì)加工；微型機(jī)器；飛機(jī)和汽車 無須洗滌的油漆；不燃塑料；航天 輕型航天器；環(huán)境保護(hù) 納米膜；納米存儲(chǔ)器；開關(guān)；納米材料的應(yīng)用與展望電子和通訊 全媒體存儲(chǔ)器；平板顯示器；41天梯——碳納米管繩梯建設(shè)天梯（20世紀(jì)90年代提出）：同步衛(wèi)星放下由碳納米管制作的繩纜到地球。升降機(jī)將沿著這個(gè)繩纜爬上爬下。天梯——碳納米管繩梯建設(shè)天梯（20世紀(jì)90年代提出）42集成電路一塊用來制作大規(guī)模集成電路的芯片，上面有許多的溝槽，這張圖片能夠清晰的顯示出溝槽的深淺和走向。集成電路一塊用來制作大規(guī)模集成電路的芯片，上面有許多的溝槽，43第二節(jié)新能源技術(shù)本節(jié)教學(xué)目的與要求：了解和掌握能源的概念和分類；了解當(dāng)今世界人類所面臨的能源問題；了解和熟悉新能源技術(shù)。第二節(jié)新能源技術(shù)本節(jié)教學(xué)目的與要求：44人類能源利用三個(gè)時(shí)期柴草時(shí)期從人類開始用火到18世紀(jì)中葉。煤炭時(shí)期從18世紀(jì)中到18、19世紀(jì)之交。石油時(shí)期從18、19世紀(jì)之交到現(xiàn)在。人類能源利用三個(gè)時(shí)期柴草時(shí)期45能源問題煤炭石油作為能源面臨的三個(gè)問題：儲(chǔ)量有限;浪費(fèi)化工原料;燃燒污染環(huán)境。能源問題煤炭石油作為能源面臨的三個(gè)問題：46能源消耗

2004年世界石油消費(fèi)量達(dá)到8075.7萬桶/日,僅夠用40年。2004年世界煤炭消費(fèi)量為1523萬噸/日,供開采和使用的年限為162年左右。能源消耗2004年世界石油消費(fèi)量達(dá)到80747一、能源及其分類1、能源能源是指人類用來獲取能量的自然資源。2、能源的分類按來源不同分三類形成條件不同分兩類按能否反復(fù)利用分兩類按開發(fā)使用的程度不同分兩類一、能源及其分類1、能源48二、新能源技術(shù)核能；太陽(yáng)能；地?zé)崮?；風(fēng)能；海洋能；生物能；氫能。二、新能源技術(shù)核能；49（一）核能（一）核能50核能原子能來源于原子核結(jié)合能發(fā)生變化時(shí)所釋放的能量，所以也叫核能。人們依靠重核裂變的方法制成了原子反應(yīng)堆和原子彈，如核能發(fā)電，是利用核分裂產(chǎn)生巨大的能量，制造高溫高壓的蒸汽或氣體，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。人們依靠輕核聚變制成了氫彈，而可控聚變堆正在研制中。核能原子能來源于原子核結(jié)合能發(fā)生變化時(shí)所釋放的能量，所以也叫51核能優(yōu)點(diǎn)減少依賴化石燃料。生產(chǎn)巨大能量。只需小量原料。鈾礦蘊(yùn)藏量足夠長(zhǎng)期使用。運(yùn)作成本較低（約為火力發(fā)電三分之一）。生產(chǎn)電力時(shí)不會(huì)造成空氣污染。核能優(yōu)點(diǎn)減少依賴化石燃料。52核能的缺點(diǎn)如果核能發(fā)電廠發(fā)生爆炸就會(huì)放出大量的輻射。到目前為至，切爾諾貝利核電站大爆炸已有近萬人死亡，十萬人受到核輻射傷害，造成直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)十億美元，間接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)千億美元，后患將影響一百年以上，是全世界已知是一次最大的核事故。切爾諾貝利核事故不僅給前蘇聯(lián)造成嚴(yán)重后果，而且給國(guó)際外貿(mào)、國(guó)際旅游帶來不可估量的損失。有專家認(rèn)為，蘇聯(lián)境內(nèi)將有兩萬五千人死于核污染引起的癌癥，災(zāi)難隨著時(shí)間的推移而逐漸顯示出來。核能的缺點(diǎn)如果核能發(fā)電廠發(fā)生爆炸就會(huì)放出大量的輻射。53第一篇第七章-材料技術(shù)和能源技術(shù)ppt課件541、核能特點(diǎn)定義：核能又稱原子能。它是指原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（核裂變、核聚變）時(shí)釋放出的能量。核能比化石燃料燃燒放出的能量大得多。1kg鈾235=1800t石油或2800t標(biāo)準(zhǔn)煤。1、核能特點(diǎn)定義：核能又稱原子能。它是指原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（55原子彈爆炸情景原子彈爆炸情景56原子彈與氫彈圖片中國(guó)第一顆氫彈爆炸成功騰起的蘑菇云→原子彈與氫彈圖片中國(guó)第一顆氫彈爆炸成功騰起的蘑菇云→57第一篇第七章-材料技術(shù)和能源技術(shù)ppt課件582、核裂變反應(yīng)它是指一個(gè)重原子核分裂成2個(gè)較輕的新原子核的過程；用來進(jìn)行核裂變反應(yīng)并連續(xù)釋放能量的物質(zhì)，稱核裂變?nèi)剂?。?鈾238（99.28%）+鈾235（0.714%）+鈾234（0.006%）2、核裂變反應(yīng)它是指一個(gè)重原子核分裂成2個(gè)較輕的新原子核的過592、核裂變反應(yīng)如果核裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子再引起其它的鈾核裂變，就可使核裂變反應(yīng)不斷地進(jìn)行下去，稱為“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度極快，兩次反應(yīng)間隔時(shí)間只有2x10-14秒。在鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，后一代中子數(shù)與前一代中子數(shù)之比稱為倍增系數(shù)（k）。2、核裂變反應(yīng)如果核裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子再引起其它的鈾核裂變603、核電站利用核能來發(fā)電的裝置稱為核電站，目前大多數(shù)核電站是利用核裂變能來發(fā)電的；核電站的核心是核反應(yīng)堆，核反應(yīng)堆有多種類型，目前運(yùn)行的核電站以熱中子輕水堆居多；3、核電站利用核能來發(fā)電的裝置稱為核電站，目前大多數(shù)核電站是61壓水堆型核電廠示意圖一壓水堆型核電廠示意圖一62核燃料元件棒反應(yīng)堆堆芯燃料裝載二氧化鈾陶瓷芯塊核燃料元件棒反應(yīng)堆堆芯燃料裝載二氧化鈾陶瓷芯塊63核燃料組件

核燃料組件64壓水堆型核電廠的簡(jiǎn)要流程

示意圖（二）壓水堆型核電廠的簡(jiǎn)要流程

示意圖（二）653、核電站1954年，前蘇聯(lián)建成世界上第一座核電站；現(xiàn)在世界上有30多個(gè)國(guó)家的400多座核電站在運(yùn)行，占世界總電力的20%左右；我國(guó)秦山核電站、大亞灣核電站已建成和正式發(fā)電，秦山二期、三期核電工程、嶺澳核電工程、連云港核電工程也將于近年內(nèi)建成發(fā)電。3、核電站1954年，前蘇聯(lián)建成世界上第一座核電站；663、核電站核電站的安全性一般來說，如果防范措施得當(dāng)，核電站是很安全的。歷史上曾發(fā)生過兩次核電站核泄露事故：一次是1979年3月18日，美國(guó)三里島核電站堆芯熔毀；另一次是1986年4月26日，前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站4號(hào)反應(yīng)堆發(fā)生爆炸。3、核電站核電站的安全性67核電站的主要問題是放射性核廢料的處理、儲(chǔ)存和最終處置。核電站的主要問題是放射性核廢料的處理、儲(chǔ)存和最終684、核電第二代——快中子增殖反應(yīng)堆熱中子反應(yīng)堆對(duì)天然鈾的利用率很低（只有0.7%）；快中子增殖反應(yīng)堆以钚239為裂變?nèi)剂?，組成堆芯，以鈾238包圍在堆芯周圍，作為增殖層?？墒固烊烩櫟睦寐蔬_(dá)到60%~70%。4、核電第二代——快中子增殖反應(yīng)堆熱中子反應(yīng)堆對(duì)天然鈾的利用695、受控核聚變是指兩個(gè)或兩個(gè)以上較輕的原子核聚合成一個(gè)較重的原子核的反應(yīng)；核聚變?nèi)剂现饕菤浼捌渫凰仉碗?。受控核聚變具有以下?yōu)點(diǎn)：(1)質(zhì)能比高，是同質(zhì)量核裂變釋放能量的4倍；(2)原料足，從海水中可大量提取氘和氚；(3)無放射性，安全、清潔、不污染。核聚變能的和平利用目前尚處于研究階段。5、受控核聚變是指兩個(gè)或兩個(gè)以上較輕的原子核聚合成一個(gè)較重的70第一篇第七章-材料技術(shù)和能源技術(shù)ppt課件71

核聚變放射性微乎其微，不產(chǎn)生核廢料，對(duì)環(huán)境的污染很小。1公斤核聚變?nèi)剂舷喈?dāng)于1萬噸石油燃料如果可控?zé)岷朔磻?yīng)研究取得成功，人類將能利用海水中的重氫（取之不盡）獲得無限豐富的能源。要在地球上使用受控的核聚變反應(yīng)堆，必須把氣體加熱到超過1億攝氏度。有關(guān)科學(xué)家設(shè)想興建一個(gè)圓環(huán)型的磁力懸浮實(shí)驗(yàn)室（托卡馬克裝置），把聚合反應(yīng)堆放在里面。

核聚變放射性微乎其微，不產(chǎn)生核廢料，對(duì)環(huán)境的污染很小。72

放射性與放射性同位素的應(yīng)用工業(yè)同位素示蹤放射性同位素電池同位素監(jiān)控儀表輻射加工技術(shù)應(yīng)用示蹤技術(shù)應(yīng)用植物育種技術(shù)昆蟲輻射不育食品輻照保藏基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究核醫(yī)學(xué)臨床診斷核技術(shù)放射治療醫(yī)用輻射滅菌消毒水文勘測(cè)核測(cè)井技術(shù)淡化海水研究輻照技術(shù)與環(huán)境保護(hù)考古研究打擊走私和反恐怖斗爭(zhēng)反恐電子束輻照滅菌加速器放射性與放射性同位素的應(yīng)用工業(yè)同位素示蹤核技術(shù)放射治療73碳-14測(cè)年法原理自然界中的C14由宇宙射線與大氣中的氮通過核反應(yīng)產(chǎn)生。C14存在于大氣中，隨著生物體的吸收代謝，經(jīng)過食物鏈進(jìn)入活的動(dòng)物或人體等一切生物體中。C14一面生成，一面衰變，使C14在自然界中的含量與C12的含量的相對(duì)比值基本保持不變。生物體死亡后，新陳代謝停止，由于C14的不斷衰變，體內(nèi)C14和C12含量的相對(duì)比值相應(yīng)不斷減少。通過對(duì)生物體出土化石中C14和C12含量的測(cè)定，就可以準(zhǔn)確算出生物體死亡（即生存）的年代。

碳-14測(cè)年法原理自然界中的C14由宇宙射線與大氣中的氮通過74（二）太陽(yáng)能指地球上可以直接接受并利用的太陽(yáng)輻射能；太陽(yáng)本身的輻射能量只有22億分之一到達(dá)地球大氣層；太陽(yáng)輻射能是一種巨大、無污染、潔凈、安全的可再生能源，它是取之不盡、用之不竭的。（二）太陽(yáng)能指地球上可以直接接受并利用的太陽(yáng)輻射能；75（二）太陽(yáng)能利用太陽(yáng)能的新技術(shù)、新材料和新設(shè)備不斷出現(xiàn)，為太陽(yáng)能的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。目前，直接利用太陽(yáng)輻射能有三種方式：光——熱轉(zhuǎn)換；光——電轉(zhuǎn)換；光——化學(xué)轉(zhuǎn)換。（二）太陽(yáng)能利用太陽(yáng)能的新技術(shù)、新材料和新設(shè)備不斷出現(xiàn)761、光——熱轉(zhuǎn)換光——熱轉(zhuǎn)換就是把太陽(yáng)輻射能通過各種集熱裝置（集熱器）轉(zhuǎn)變成熱能。太陽(yáng)能熱發(fā)電；太陽(yáng)能高溫爐冶煉高溫材料；太陽(yáng)能節(jié)能建筑——太陽(yáng)房；利用太陽(yáng)能使海水淡化；太陽(yáng)池（鹽湖水太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)）；太陽(yáng)能熱水器。1、光——熱轉(zhuǎn)換光——熱轉(zhuǎn)換就是把太陽(yáng)輻射能通過各種集熱裝置772、光——電轉(zhuǎn)換通過太陽(yáng)能電池（光電池、光伏電池）將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)變成電能。太陽(yáng)能電池