金屬間化合物功能材料

概述/金屬間化合物功能材料應用化學前沿課程研究經(jīng)歷

2004.04-至今中國科學院長春應用化學研究所（研究員）2000.6-2004.3日本科學技術振興事業(yè)團（科學技術研究員）1992.7-1996.11中國科學院長春應用化學研究所（助理研究員）王立民個人簡歷學習經(jīng)歷

1996.12-2000.3日本東北大學金屬材料研究所工學研究科(博士學位)1989.09-1992.7中國科學院長春應用化學研究所無機化學(碩士學位)1983.09-1987.7齊齊哈爾師范學院化學系（學士學位）其它2004年科學院“百人計劃”科學院研究生院兼職教授輕金屬&電池材料研究組/已畢業(yè)博士生8人：2人獲得科學院優(yōu)秀畢業(yè)生

4人國外留學、4人國內就業(yè)

2004年4月組建研究員2助理研究員4工程師1實驗師1博士后3博士生5碩士生8合計24承擔項目：2004－2012年中國科學院‘百人計劃’，方向性項目國家自然科學基金面上、群體項目吉林省院－地合作項目科技部“863”項目各地方合作項目

以上總經(jīng)費：～1500萬元承擔項目-－研究方向主要研究方向：儲氫材料、準晶鎳氫電池Li+電池Ce-TM液流電池輕金屬多孔復合材料山東淄博成立研發(fā)中心輕金屬&電池材料研究組——一個中心功能材料研究中式基地技術服務成果轉化寬溫區(qū)大容量鎳氫電池產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線在常州建成投產(chǎn)輕金屬&電池材料研究組——一個產(chǎn)業(yè)化2012年5月18日，由中科院長春應化所主辦，江蘇省科技廳、中科院南京分院、常州市人民政府、常州市天寧區(qū)人民政府支持的“寬溫區(qū)大容量鎳氫電池產(chǎn)業(yè)化項目投產(chǎn)剪彩儀式”。課程內容?第一講：概述

◎如何學習◎材料——功能材料◎金屬間化合物◎新材料展望?第二講：準晶材料?第三講：化學電源?第四講：電池材料如何學習？???1，了解2，思考3，啟迪

2011年11月，“在全球21個受調查國家中，中國孩子的計算能力排名第一，想象力排名倒數(shù)第一，創(chuàng)造力排名倒數(shù)第五?！皩W校應該全面實施素質教育……強化能力培養(yǎng)，提高學生的學習能力、實踐能力和創(chuàng)新能力”。建議改為，“學校在全面實施素質教育時，要注重提高學生的想象能力、動手能力和創(chuàng)造能力”。能發(fā)揮想象的作品2010年5月17日，全球規(guī)模最大、最具影響力的中學生科學競賽“2010英特爾國際科學與工程大獎賽”各項大獎結果揭曉。美國隊表現(xiàn)優(yōu)異，囊括所有2項大獎和19個分類最佳獎中的15個，其余4個被韓國、英國和巴西學生分享。大獎賽第一名獲得者是年僅15歲的美籍華裔喬紫薇

22名中國學生獲得單項、團體共計23個獎項。其中有5個二等獎，其他為三、四等獎和學會獎。（IntelISEF2010）元素周期表什么是材料材料材料

材料是人類社會賴以生存和發(fā)展、征服自然和改造自然的物質基礎。材料是社會進步的物質基礎和先導，是人類社會進步的里程碑。材料科學技術的每一次重大突破都會引起生產(chǎn)技術的革命，把人類物質文明推向前進。復合材料鐵器材料銅器材料石器材料現(xiàn)代社會原始社會材料的發(fā)展、作用

金屬材料：黑色金屬材料（鋼鐵）、有色黑色金屬材料（除鋼鐵以外的）

陶瓷材料：氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷

高分子材料：塑料、橡膠合成纖維

復合材料：金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、樹脂基復合材料

功能材料：電子材料、光電子材料、超導材料可將材料分為金屬、陶瓷、高分子和由金屬、陶瓷和高分子分別組合成的各種復合材料材料。材料分類金屬材料

3.新材料技術

新材料技術將向材料的結構功能復合化、功能材料智能化、材料與器件集成化、制備和使用過程綠色化發(fā)展。突破現(xiàn)代材料設計、評價、表征與先進制備加工技術，在納米科學研究的基礎上發(fā)展納米材料與器件，開發(fā)超導材料、智能材料、能源材料等特種功能材料，開發(fā)超級結構材料、新一代光電信息材料等新材料。國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006━2020年)材料的結構包括不同晶體結構和非晶體，以及顯微鏡下的微觀結構，哪些主要因素能夠影響和改變結構？只有了解了這些才能實現(xiàn)控制結構的目的。材料的性能包括物理性能、化學性能、力學性能。其內部結構包括四個層次：①原子結構；②結合鍵；③原子的排列方式；④顯微組織材料結構關系

按溶質原子位置不同，可分為置換固溶體和間隙固溶體。

固溶體材料

按固溶度不同，可分為有限固溶體和無限固溶體。按溶質原子分布不同，可分為無序固溶體和有序固溶體。

固溶體材料3固溶體的結構（1）晶格畸變。（2）偏聚與有序：取決于同類原子和異類原子間結合力的相對大小。完全無序、偏聚、部分有序、完全有序。固溶體材料4固溶體的性質

(1）點陣常數(shù)改變（2）產(chǎn)生固溶強化現(xiàn)象：固溶體的強度和硬度高于純組元，塑性則較低。概念：固溶強化－由于溶質原子的溶入而引起的強化效應。間隙固溶體的強化效果高于置換固溶體。如產(chǎn)生柯氏氣團或有序強化。（3）物理、化學性能改變固溶體材料Howisaintermetalliccompound?

中間相是由金屬與金屬，或金屬與類金屬元素之間形成的化合物，也稱為金屬間化合物。包括：正常價化合物、電子化合物（電子相）、間隙化合物。金屬間化合物材料⊙100多年來，研究開發(fā)以純金屬基體的各種材料?！呀?0年來，研究開發(fā)金屬間化合物材料--重要研究方向。⊙目前，已經(jīng)知道的金屬間化合物超過3萬種，但得到開發(fā)應用的還不到1%。⊙許多新型結構材料和功能材料正等待去發(fā)現(xiàn)。

中間相是由金屬與金屬，或金屬與類金屬元素之間形成的化合物，也稱為金屬間化合物。包括：正常價化合物、電子化合物（電子相）、間隙化合物。

金屬間化合物材料金屬間化合物組成金屬間化合物構造金屬間化合物

1正常價化合物（1）形成：電負性差起主要作用，符合原子價規(guī)則。（2）鍵型：隨電負性差的減小，分別形成離子鍵、共價鍵、金屬鍵。（3）組成：AB或AB2。如MnS,Mg2Si.

2電子化合物（電子相）（1）形成：電子濃度起主要作用，不符合原子價規(guī)則。（2）鍵型：金屬鍵（金屬－金屬）。（3）組成：電子濃度對應晶體結構，可用化學式表示，可形成以化合物為基的固溶體。金屬間化合物3間隙化合物（1）形成：尺寸因素起主要作用。（2）結構簡單間隙化合物（間隙相）：金屬原子呈現(xiàn)新結構，非金屬原子位于其間隙，結構簡單。如面心立方VC——RX/RM<0.59.復雜間隙化合物：主要是鐵、鈷、鉻、錳的化合物，結構復雜。如Fe3C——RX/RM>0.59（3）組成：可用化學式表示，可形成固溶體，復雜間隙化合物的金屬元素可被置換。（4）鍵型：共價鍵和金屬鍵。金屬間化合物4拓撲密堆相（1）形成：由大小金屬原子的適當配合而形成的高密排結構。其空間利用率和配位數(shù)都很高，結構復雜。（2）組成：如AB2。5金屬化合物的特性（1）力學性能：高硬度、高強度、低塑性。（2）物化性能：具有電學、磁學、聲學性質等，可用于半導體材料、形狀記憶材料、儲氫材料等。6非化學計量比化合物2h1).具有強磁性的金屬間化合物如稀土元素（Ce，La，Sm，Pr，Y等）和Co的化合物；

2).具有奇特吸釋氫本領的金屬間化合物（貯氫材料）如LaNi5，F(xiàn)eTi，RE2Mg17和RE2Ni2Mg15；

3).具有超導性質的金屬間化合物如Nb3Ge，Nb3Al，Nb3Sn，V3Si，NbN等；

4).具有特殊電學性質的金屬間化合物如InTe-PbSe，GaAs-ZnSe等在半導體材料用；

5).具有耐熱特性的金屬間化合物如Ni3Al，TiAl，F(xiàn)e3Al，MoSi2，NbBe12，ZrBe12；

6).耐蝕的金屬間化合物如某些金屬的MC，MB、MN和MO；

7).具有形狀記憶效應、超彈性和消震性的金屬間化合物如TiNi，CuZn，CuSi，MnCu，Cu3Al；8).具有特殊構造和功能的金屬間化合物如準晶AlRETM，MgRETM；近似結晶TiTMAM等9）此外……金屬間化合物材料舉例材料科學領域50年間十大進展評出科學網(wǎng)

發(fā)布時間：2007-12-1917:47:8（MaterialsToday）雜志評選出材料科學領域在過去50年間的十大進展。1.TheInternationalTechnologyRoadmapforSemiconductors

《國際半導體技術藍圖》2.Scanningprobemicroscopes

掃描式探針顯微鏡3.Giantmagnetoresistiveeffect

巨磁電阻效應4.Semiconductorlasersandlight-emittingdiodes

半導體激光器和發(fā)光二極管5.NationalNanotechnologyInitiative

美國國家納米技術計劃6.Carbonfiberreinforcedplastics

碳纖維強化塑料7.MaterialsforLiionbatteries

鋰離子電池材料8.Carbonnanotubes

碳球、納米管+石墨烯9.Softlithography

軟刻蝕10.Metamaterials

超材料新能源我國風電新增裝機6000萬千瓦以上，建成太陽能電站1000萬千瓦以上，核電運行裝機達到4000萬千瓦，預計共需要稀土永磁材料4萬噸、高性能玻璃纖維50萬噸、高性能樹脂材料90萬噸，多晶硅8萬噸、低鐵絨面壓延玻璃6000萬平方米，需要核電用鋼7萬噸/年，核級鋯材1200噸/年、鋯及鋯合金鑄錠2000噸/年節(jié)能和新能源汽車2015年，新能源汽車累計產(chǎn)銷量將超過50萬輛，需要能量型動力電池模塊150億瓦時/年、功率型30億瓦時/年、電池隔膜1億平方米/年、六氟磷酸鋰電解質鹽1000噸/年、正極材料1萬噸/年、碳基負極材料4000噸/年；乘用車需求超過1200萬輛，需要鋁合金板材約17萬噸/年、鎂合金10萬噸/年。高端裝備制造"十二五"期間，航空航天、軌道交通、海洋工程等高端裝備制造業(yè)，預計需要各類軸承鋼180萬噸/年、油船耐腐蝕合金鋼100萬噸/年、軌道交通大規(guī)格鋁合金型材4萬噸/年、高精度可轉位硬質合金切削工具材料5000噸。到2020年，大型客機等航空航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要高性能鋁材10萬噸/年，碳纖維及其復合材料應用比重將大幅增加。新一代信息技術預計到2015年，需要8英寸硅單晶拋光片約800萬片/年、12英寸硅單晶拋光片480萬片/年，平板顯示玻璃基板約1億平方米/年，TFT混合液晶材料400噸/年。節(jié)能環(huán)保"十二五"期間，熒光燈年產(chǎn)量將超過30億只，熒光粉約1萬噸/年；新型墻體材料需求將超過230億平方米/年，保溫材料產(chǎn)值將達1200億元/年;火電煙氣脫硝催化劑及載體需求將達到40億元/年，耐高溫、耐腐蝕袋式除塵濾材和水處理膜材料等市場需求將大幅增長。

戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)對部分新材料的需求預測

未來材料是指那些新近發(fā)展或正在發(fā)展的具有優(yōu)異性能或特殊性