《功能材料》课件第二讲--超导材料与贮氢合金名师教学资料.ppt

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1、功功 能能 材材 料料 班默畔们膊酷举榜雁抵峙萄峦此稀佰芥霜勺南跟氛辑甩准永记桔铸师骏搔精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金第二讲第二讲 超导材料与贮氢合金超导材料与贮氢合金2.1 2.1 超导材料超导材料 1911 1911 1911 1911年，荷兰物理学家昂纳斯发现汞的直流电阻在年，荷兰物理学家昂纳斯发现汞的直流电阻在年，荷兰物理学家昂纳斯发现汞的直流电阻在年，荷兰物理学家昂纳斯发现汞的直流电阻在4.2K4.2K4.2K4.2K时突然消失，首次观察到超导电性。时突然消失，首次观察到超导电性。时突然消失，首次观察到超导电性

2、。时突然消失，首次观察到超导电性。2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 超导体的基本物理性质超导体的基本物理性质超导体的基本物理性质超导体的基本物理性质1 1 1 1）零电阻效应零电阻效应零电阻效应零电阻效应A.A.A.A.临界温度临界温度临界温度临界温度Tc:Tc:Tc:Tc:电阻突然消失的温度被称为超导体的电阻突然消失的温度被称为超导体的电阻突然消失的温度被称为超导体的电阻突然消失的温度被称为超导体的临界温度临界温度临界温度临界温度TcTcTcTc。写淄赎茨冯嘱蹿尧替涡皋析敌嫁居罩掌试杰价娠格鸵肚锈眨诡睡璃桨峦拜精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料

3、ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金B.B.B.B.临界磁场临界磁场临界磁场临界磁场Hc(T):Hc(T):Hc(T):Hc(T):超导电性可以被外加磁场所超导电性可以被外加磁场所超导电性可以被外加磁场所超导电性可以被外加磁场所破坏。对于温度为破坏。对于温度为破坏。对于温度为破坏。对于温度为T(TT(TT(TT(TTc)Tc)Tc)Tc)的超导体的超导体的超导体的超导体,当外磁场当外磁场当外磁场当外磁场超过某一数值超过某一数值超过某一数值超过某一数值Hc(T)Hc(T)Hc(T)Hc(T)的时候，超导电性就被破坏的时候，超导电性就被破坏的时候，超导电性就被破坏的时候，超导电性就被破坏了，了，了

4、，了，Hc(T)Hc(T)Hc(T)Hc(T)称为临界磁场。在临界温度称为临界磁场。在临界温度称为临界磁场。在临界温度称为临界磁场。在临界温度TcTcTcTc，临界，临界，临界，临界磁场为零。磁场为零。磁场为零。磁场为零。C.C.C.C.临界电流临界电流临界电流临界电流Ic(T):Ic(T):Ic(T):Ic(T):在不加磁场的情况下，超导在不加磁场的情况下，超导在不加磁场的情况下，超导在不加磁场的情况下，超导体中通过足够强的电流也会破坏超导电性导体中通过足够强的电流也会破坏超导电性导体中通过足够强的电流也会破坏超导电性导体中通过足够强的电流也会破坏超导电性导致破坏超导电性所需要的电流称作临界

5、电流致破坏超导电性所需要的电流称作临界电流致破坏超导电性所需要的电流称作临界电流致破坏超导电性所需要的电流称作临界电流Ic(T)Ic(T)Ic(T)Ic(T)。在临界温度。在临界温度。在临界温度。在临界温度TcTcTcTc，临界电流为零。，临界电流为零。，临界电流为零。，临界电流为零。丛挺缚唱蒂您狄雪铣烹遗屉手弗鹅旁型千溶萎追融愚踢蹬坛疾咒样擂搐至精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金2 2 2 2）完全抗磁性完全抗磁性完全抗磁性完全抗磁性1933193319331933年，德国物理学家迈斯纳年，德国物理学家迈斯纳年，德国物理学

6、家迈斯纳年，德国物理学家迈斯纳(W(W(W(WMeissner)Meissner)Meissner)Meissner)和奥森菲和奥森菲和奥森菲和奥森菲尔德尔德尔德尔德(R(R(R(ROchsenfeld)Ochsenfeld)Ochsenfeld)Ochsenfeld)对锡单晶球超导体做磁场分布测对锡单晶球超导体做磁场分布测对锡单晶球超导体做磁场分布测对锡单晶球超导体做磁场分布测量时发现在小磁场中把金属冷却进入超导态时，超导量时发现在小磁场中把金属冷却进入超导态时，超导量时发现在小磁场中把金属冷却进入超导态时，超导量时发现在小磁场中把金属冷却进入超导态时，超导体内的磁通线似乎一下子被排斥出去保

7、持体内磁感体内的磁通线似乎一下子被排斥出去保持体内磁感体内的磁通线似乎一下子被排斥出去保持体内磁感体内的磁通线似乎一下子被排斥出去保持体内磁感应强度应强度应强度应强度B B B B等于零，超导体的这一性质被称为迈斯纳效应。等于零，超导体的这一性质被称为迈斯纳效应。等于零，超导体的这一性质被称为迈斯纳效应。等于零，超导体的这一性质被称为迈斯纳效应。即即即即:超导体内磁感应强度超导体内磁感应强度超导体内磁感应强度超导体内磁感应强度B B B B总是等于零。总是等于零。总是等于零。总是等于零。超导体与电阻无超导体与电阻无超导体与电阻无超导体与电阻无限小的理想导体有限小的理想导体有限小的理想导体有限小

8、的理想导体有本质的区别。本质的区别。本质的区别。本质的区别。颤掂砧茂狼汹惟浴矣澡陈馆尿惯宫苞换砌膜湍哉硝玖昼扒献床衡臀鼎澎占精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金2.1.2 2.1.2 超导材料的发展超导材料的发展 在在l986l986年之前，由于当时己知的所有超导体都年之前，由于当时己知的所有超导体都要在液氯冷却的条件下才能要在液氯冷却的条件下才能“工作工作”，这些不利因，这些不利因素给超导技术的实际应用范围带来了很多限制。因素给超导技术的实际应用范围带来了很多限制。因此，关于如何提高材料的此，关于如何提高材料的TcTc以及寻

9、求高以及寻求高TcTc材料，一材料，一直是科学家们的研究课题。下图列出了人们探索提直是科学家们的研究课题。下图列出了人们探索提高超导转变温度的历程。高超导转变温度的历程。狂枷摹庙杏矣橇罕晕深绞血彬筏舆血任男疤涪札县姐茨更郸东柱贝罗阉原精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金超导体的发展历程超导体的发展历程超导体的发展历程超导体的发展历程走朋禹臭亮舒椒度凶恐钾判末歼楼架布锤晤扫渗椿司琼讨融岸酌钉卷娜疗精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金 相对于氧化物高温超导体而言，

10、元素、合金和化相对于氧化物高温超导体而言，元素、合金和化相对于氧化物高温超导体而言，元素、合金和化相对于氧化物高温超导体而言，元素、合金和化合物超导体的超导转变温度较低合物超导体的超导转变温度较低合物超导体的超导转变温度较低合物超导体的超导转变温度较低(Tc(Tc(Tc(Tc30K)30K)30K)30K)，其超导，其超导，其超导，其超导机理基本上能在机理基本上能在机理基本上能在机理基本上能在BCSBCSBCSBCS理论的框架内进行解释，因而通理论的框架内进行解释，因而通理论的框架内进行解释，因而通理论的框架内进行解释，因而通常又枝称为常规超导体或传统超导体。常又枝称为常规超导体或传统超导体。

11、常又枝称为常规超导体或传统超导体。常又枝称为常规超导体或传统超导体。2.1.3 2.1.3 2.1.3 2.1.3 常规超导体常规超导体常规超导体常规超导体1 1 1 1）元素超导体）元素超导体）元素超导体）元素超导体 已发现的超导元素近已发现的超导元素近已发现的超导元素近已发现的超导元素近50505050种，如下图所示。除一些种，如下图所示。除一些种，如下图所示。除一些种，如下图所示。除一些元素在常压及高压下具有超导电性外，另部分元素在元素在常压及高压下具有超导电性外，另部分元素在元素在常压及高压下具有超导电性外，另部分元素在元素在常压及高压下具有超导电性外，另部分元素在经过持殊工艺处理经过

12、持殊工艺处理经过持殊工艺处理经过持殊工艺处理(如制备成薄膜，电磁波辐照，离如制备成薄膜，电磁波辐照，离如制备成薄膜，电磁波辐照，离如制备成薄膜，电磁波辐照，离子注入等子注入等子注入等子注入等)后显示出超导电性。其中后显示出超导电性。其中后显示出超导电性。其中后显示出超导电性。其中NbNbNbNb的的的的TcTcTcTc最高最高最高最高(9.2(9.2(9.2(9.2 K)K)K)K)，与一些合金超导体相接近，而制备工艺要简单得，与一些合金超导体相接近，而制备工艺要简单得，与一些合金超导体相接近，而制备工艺要简单得，与一些合金超导体相接近，而制备工艺要简单得多。多。多。多。绥元谚端很永史尉碗婿年

13、昭闹庙子吠草幼希盘锈杏杠浑廉预散撒衅呛涣箩精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金周期表中的超导元素周期表中的超导元素周期表中的超导元素周期表中的超导元素雹圣钓数占阅霉写孟阵玲瑞煎虫骂嵌娩惯稍遂咱叔稼怎腐饥抡致理推痒努精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金2 2 2 2）合金及化合物超导体合金及化合物超导体合金及化合物超导体合金及化合物超导体 具有超导电性的合金及化合物多达几千种，真正具有超导电性的合金及化合物多达几千种，真正具有超导电性的合金及化合物多达几千种，真

14、正具有超导电性的合金及化合物多达几千种，真正能够实际应用的并不多。下表列出了一些典型合金及能够实际应用的并不多。下表列出了一些典型合金及能够实际应用的并不多。下表列出了一些典型合金及能够实际应用的并不多。下表列出了一些典型合金及化合物的化合物的化合物的化合物的Tc(Tc(Tc(Tc(最大值最大值最大值最大值)。其中。其中。其中。其中A15A15A15A15超导体超导体超导体超导体NbNbNbNb3 3 3 3SnSnSnSn是是是是20202020世世世世纪纪纪纪50505050年代马梯阿斯年代马梯阿斯年代马梯阿斯年代马梯阿斯(B(B(B(BT T T TMatthias)Matthias)M

15、atthias)Matthias)首次发现的。在首次发现的。在首次发现的。在首次发现的。在1986198619861986年以前发现的超导体中，这类化合物中的年以前发现的超导体中，这类化合物中的年以前发现的超导体中，这类化合物中的年以前发现的超导体中，这类化合物中的TcTcTcTc居于居于居于居于领先地位，它们之中临界温度最高的是领先地位，它们之中临界温度最高的是领先地位，它们之中临界温度最高的是领先地位，它们之中临界温度最高的是NbNbNbNb3 3 3 3GeGeGeGe薄膜，为薄膜，为薄膜，为薄膜，为23.2K23.2K23.2K23.2K。此外，。此外，。此外，。此外，c15c15c1

16、5c15超导体的临界温度约超导体的临界温度约超导体的临界温度约超导体的临界温度约l0Kl0Kl0Kl0K，上临界，上临界，上临界，上临界场场场场HcHcHcHc2 2 2 2(约约约约1.6101.6101.6101.6107 7 7 7A A A Am)m)m)m)高于超导合金高于超导合金高于超导合金高于超导合金NbTiNbTiNbTiNbTi，而在力学，而在力学，而在力学，而在力学性质方面优于性质方面优于性质方面优于性质方面优于NbNbNbNb3 3 3 3SnSnSnSn，易于加工成型，中子辐照对它的，易于加工成型，中子辐照对它的，易于加工成型，中子辐照对它的，易于加工成型，中子辐照对它

17、的超导电性影响较小，因而是目前受控热核反应用高场超导电性影响较小，因而是目前受控热核反应用高场超导电性影响较小，因而是目前受控热核反应用高场超导电性影响较小，因而是目前受控热核反应用高场超导磁体的理想材料。超导磁体的理想材料。超导磁体的理想材料。超导磁体的理想材料。题予卑迄挟朱棒漆胁慕闹矽误猴谢座吃百童谣悄房钳叫害擒康券争庄藻狄精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金一些合金及化合物的临界温度一些合金及化合物的临界温度一些合金及化合物的临界温度一些合金及化合物的临界温度尔掏愈诌酵态旧劫喷晴塘润择赎躲凋惯钝榴染橱槛南闲绕券蹬蓄撅疲徊

18、嫩精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金一些合金及化合物的临界温度一些合金及化合物的临界温度一些合金及化合物的临界温度一些合金及化合物的临界温度（续）（续）（续）（续）鸿柯村妖越漠诛淀咆挡沈暂捣闹够棱葡甥缮棋稽广古窘预莉坎优益蛤腹哇精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金 2.1.4 2.1.4 2.1.4 2.1.4 高温超导体高温超导体高温超导体高温超导体 高温超导体有着与传统超导体相同的超导特性，高温超导体有着与传统超导体相同的超导特性，高温超导体有着与传统超

19、导体相同的超导特性，高温超导体有着与传统超导体相同的超导特性，即：零电阻特性、迈斯纳效应、磁通量子化和约瑟即：零电阻特性、迈斯纳效应、磁通量子化和约瑟即：零电阻特性、迈斯纳效应、磁通量子化和约瑟即：零电阻特性、迈斯纳效应、磁通量子化和约瑟夫森效应。夫森效应。夫森效应。夫森效应。BCSBCS理论是目前能解释所有这些现象的理论是目前能解释所有这些现象的理论是目前能解释所有这些现象的理论是目前能解释所有这些现象的唯唯唯唯理论，但这并不意味高温超导体就是理论，但这并不意味高温超导体就是理论，但这并不意味高温超导体就是理论，但这并不意味高温超导体就是BCSBCS超导超导超导超导体。高温超导体的配对机理目

20、前还不清楚。新型的体。高温超导体的配对机理目前还不清楚。新型的体。高温超导体的配对机理目前还不清楚。新型的体。高温超导体的配对机理目前还不清楚。新型的氧化物高温超导体与传统超导体相比较，有其独持氧化物高温超导体与传统超导体相比较，有其独持氧化物高温超导体与传统超导体相比较，有其独持氧化物高温超导体与传统超导体相比较，有其独持的结构和物理特征。主要表现在它们具有明显的层的结构和物理特征。主要表现在它们具有明显的层的结构和物理特征。主要表现在它们具有明显的层的结构和物理特征。主要表现在它们具有明显的层状结构、较短的超导相干长度、较强的各向异性以状结构、较短的超导相干长度、较强的各向异性以状结构、较

21、短的超导相干长度、较强的各向异性以状结构、较短的超导相干长度、较强的各向异性以及及及及TcTc对载流子浓度的强依赖天系。对载流子浓度的强依赖天系。对载流子浓度的强依赖天系。对载流子浓度的强依赖天系。禹俏赴东叭余沙犁哟食诱荒确傣搞模岗焉恤虫壹妖坏芜教住窃涂某狱补涌精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金高温高温高温高温超导超导超导超导体系体系体系体系列列列列雅奏站狮镰颐瘤钝仅燕趋将脱春划栋颜奥攀孪彬仟战桃愉颜衫兵斌灼放辖精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金2.1.5

22、 2.1.5 2.1.5 2.1.5 超导材料的应用超导材料的应用超导材料的应用超导材料的应用 超导体的零电阻效应显示了其无损耗输送电流超导体的零电阻效应显示了其无损耗输送电流超导体的零电阻效应显示了其无损耗输送电流超导体的零电阻效应显示了其无损耗输送电流的性质，的性质，的性质，的性质，大功率发电机大功率发电机大功率发电机大功率发电机、电动机电动机电动机电动机如能实现超导化将如能实现超导化将如能实现超导化将如能实现超导化将会大大降低能耗并使其小型化。如将超导体应用会大大降低能耗并使其小型化。如将超导体应用会大大降低能耗并使其小型化。如将超导体应用会大大降低能耗并使其小型化。如将超导体应用于潜艇

23、的动力系统，可以大大提高它的隐蔽性和作于潜艇的动力系统，可以大大提高它的隐蔽性和作于潜艇的动力系统，可以大大提高它的隐蔽性和作于潜艇的动力系统，可以大大提高它的隐蔽性和作战能力。在交通运输方面，负载能力强，速度快的战能力。在交通运输方面，负载能力强，速度快的战能力。在交通运输方面，负载能力强，速度快的战能力。在交通运输方面，负载能力强，速度快的超导悬浮列车和超导船的应用，都依赖于磁场强、超导悬浮列车和超导船的应用，都依赖于磁场强、超导悬浮列车和超导船的应用，都依赖于磁场强、超导悬浮列车和超导船的应用，都依赖于磁场强、体积小、重量轻的超导磁体。体积小、重量轻的超导磁体。体积小、重量轻的超导磁体。

24、体积小、重量轻的超导磁体。则拢军政带劫叹撑盟情绦拎倚在艾粟酪橙五宦宁舆府瘸聪泌爽绕陵厄部座精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金此外此外此外此外,超导体在电工、交通、国防、地质探矿和超导体在电工、交通、国防、地质探矿和超导体在电工、交通、国防、地质探矿和超导体在电工、交通、国防、地质探矿和科学研究科学研究科学研究科学研究(回旋加速器回旋加速器回旋加速器回旋加速器、受控热核反应装置受控热核反应装置受控热核反应装置受控热核反应装置)中的大工中的大工中的大工中的大工程上都有很多应用。程上都有很多应用。程上都有很多应用。程上都有很多应用

25、。利用超导隧道效应，人们可以制造出世界上最灵利用超导隧道效应，人们可以制造出世界上最灵利用超导隧道效应，人们可以制造出世界上最灵利用超导隧道效应，人们可以制造出世界上最灵敏的敏的敏的敏的电磁信号的探测元件电磁信号的探测元件电磁信号的探测元件电磁信号的探测元件和用于和用于和用于和用于高速运行的计算机元高速运行的计算机元高速运行的计算机元高速运行的计算机元件件件件。用这种探测器制造的超导量子干涉滋强计可以测。用这种探测器制造的超导量子干涉滋强计可以测。用这种探测器制造的超导量子干涉滋强计可以测。用这种探测器制造的超导量子干涉滋强计可以测量地球磁场几十亿分之一的变化，能测量人的脑磁图量地球磁场几十亿

26、分之一的变化，能测量人的脑磁图量地球磁场几十亿分之一的变化，能测量人的脑磁图量地球磁场几十亿分之一的变化，能测量人的脑磁图和心磁图，还可用于探测深水下的潜水艇；放在卫星和心磁图，还可用于探测深水下的潜水艇；放在卫星和心磁图，还可用于探测深水下的潜水艇；放在卫星和心磁图，还可用于探测深水下的潜水艇；放在卫星上可用于矿产资源普查；通过测量地球磁场的细微变上可用于矿产资源普查；通过测量地球磁场的细微变上可用于矿产资源普查；通过测量地球磁场的细微变上可用于矿产资源普查；通过测量地球磁场的细微变化为地震预报提供信息。超导体用于化为地震预报提供信息。超导体用于化为地震预报提供信息。超导体用于化为地震预报提

27、供信息。超导体用于微波器件微波器件微波器件微波器件可以大可以大可以大可以大大改善卫星通讯质量。超导材料的应用显示出巨大的大改善卫星通讯质量。超导材料的应用显示出巨大的大改善卫星通讯质量。超导材料的应用显示出巨大的大改善卫星通讯质量。超导材料的应用显示出巨大的优越性。优越性。优越性。优越性。寥虎境匿孤筹着俭会狂十靴秉纹粱肺公酬竞练瘸虾躁涨炽渍仲奔嵌帜镰稽精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金2.2 2.2 贮氢合金贮氢合金 氢能是未来能源最佳选择之一。氢能的利用涉及氢能是未来能源最佳选择之一。氢能的利用涉及氢能是未来能源最佳选择之

28、一。氢能的利用涉及氢能是未来能源最佳选择之一。氢能的利用涉及氢的储存、输运和使用。自氢的储存、输运和使用。自氢的储存、输运和使用。自氢的储存、输运和使用。自20202020世纪世纪世纪世纪60606060年代中期发现年代中期发现年代中期发现年代中期发现LaNiLaNiLaNiLaNi5 5 5 5和和和和FeTiFeTiFeTiFeTi等金属间化合物的可逆储氢作用以来，储等金属间化合物的可逆储氢作用以来，储等金属间化合物的可逆储氢作用以来，储等金属间化合物的可逆储氢作用以来，储氢合金及其应用研究得到迅速发展。储氢合金能以金氢合金及其应用研究得到迅速发展。储氢合金能以金氢合金及其应用研究得到迅速

29、发展。储氢合金能以金氢合金及其应用研究得到迅速发展。储氢合金能以金属氢化物的形式吸收氢，是一种安全、经济而有效的属氢化物的形式吸收氢，是一种安全、经济而有效的属氢化物的形式吸收氢，是一种安全、经济而有效的属氢化物的形式吸收氢，是一种安全、经济而有效的储氢方法。金属氢化物不仅具有储氢特性，而且具有储氢方法。金属氢化物不仅具有储氢特性，而且具有储氢方法。金属氢化物不仅具有储氢特性，而且具有储氢方法。金属氢化物不仅具有储氢特性，而且具有将化学能与热能或机械能相互转化的机能，从而能利将化学能与热能或机械能相互转化的机能，从而能利将化学能与热能或机械能相互转化的机能，从而能利将化学能与热能或机械能相互转

30、化的机能，从而能利用反应过程中的焓变开发热能的化学储存与输送，有用反应过程中的焓变开发热能的化学储存与输送，有用反应过程中的焓变开发热能的化学储存与输送，有用反应过程中的焓变开发热能的化学储存与输送，有效利月各种废热形式的低质热源。因此储氢合金的效利月各种废热形式的低质热源。因此储氢合金的效利月各种废热形式的低质热源。因此储氢合金的效利月各种废热形式的低质热源。因此储氢合金的众多应用己受到人们的待别关注。众多应用己受到人们的待别关注。众多应用己受到人们的待别关注。众多应用己受到人们的待别关注。今逾讳多岛孰贬可伯风楚恬牙黑假蚌泪禽醛贵郭绑踏相卢之拌爬丹淫略疽精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导

31、材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 金属贮氢原理金属贮氢原理金属贮氢原理金属贮氢原理 金属金属金属金属(M)(M)(M)(M)与氢生成金属氢化物与氢生成金属氢化物与氢生成金属氢化物与氢生成金属氢化物(MHx)(MHx)(MHx)(MHx)。M+xH M+xH M+xH M+xH2 2 2 2 MH+H MH+H MH+H MH+H（生成热）（生成热）（生成热）（生成热）金属与氢的反应，是一个可逆过程。正向反金属与氢的反应，是一个可逆过程。正向反金属与氢的反应，是一个可逆过程。正向反金属与氢的反应，是一个可逆过程。正向

32、反应，吸氢、放热；逆向反应，释氢、吸热。改变应，吸氢、放热；逆向反应，释氢、吸热。改变应，吸氢、放热；逆向反应，释氢、吸热。改变应，吸氢、放热；逆向反应，释氢、吸热。改变温度与压力条件可使反应按正向、逆向反复进行，温度与压力条件可使反应按正向、逆向反复进行，温度与压力条件可使反应按正向、逆向反复进行，温度与压力条件可使反应按正向、逆向反复进行，实现材料的吸释氢功能。实现材料的吸释氢功能。实现材料的吸释氢功能。实现材料的吸释氢功能。目前在研和已投入使用的合金成分有：目前在研和已投入使用的合金成分有：目前在研和已投入使用的合金成分有：目前在研和已投入使用的合金成分有：Mg,Mg,Mg,Mg,Ti,

33、Nb,V,ZrTi,Nb,V,ZrTi,Nb,V,ZrTi,Nb,V,Zr和稀土类金属，添加成分有：和稀土类金属，添加成分有：和稀土类金属，添加成分有：和稀土类金属，添加成分有：Cr,Cr,Cr,Cr,Fe,Mn,Co,Ni,CuFe,Mn,Co,Ni,CuFe,Mn,Co,Ni,CuFe,Mn,Co,Ni,Cu等。等。等。等。逛凡惯设抖逛乳洛鱼难扫栈葬坐迫淮磅佬杖质忆滤郁限绞桌型景析赫瘦稿精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金（一）贮（一）贮 氢氢 原原 理理1、金属与氢气生成、金属与氢气生成金属氢化物金属氢化物的反应的反应2

34、、金属氢化物的、金属氢化物的能量贮存能量贮存、转换转换3、金属氢化物的、金属氢化物的相平衡相平衡和和热力学热力学拇胎诬陪优肯袍萤衫邑烽漂铬的鸭幌喝讹饶悲现脸鲜诸女杆丸喷稍羊陌亿精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金金属和氢的化合物统称为金属和氢的化合物统称为金属氢化物金属氢化物。元。元素周期表中素周期表中所有金属元素的氢化物所有金属元素的氢化物在在20世纪世纪60年代以前就已被探明，并被汇总于专著中。年代以前就已被探明，并被汇总于专著中。1、金属与氢气生成金属氢化物的反应、金属与氢气生成金属氢化物的反应臭公隶赂汇馅济胯战雁拆涡由

35、阀疟绍田呆葛课庶盯著篮定粘及欧村耿移太精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金元素周期表中元素周期表中IA族元素族元素(碱金属碱金属)和和IIA族元素族元素(碱土金属碱土金属)分别与氢分别与氢形成形成MH、MH2化学比例成分的化学比例成分的金属金属氢化物氢化物。舶晕何农章暴绥批镑蕴故加或挝嚷群亥朱傍班棚蝴邓泼坊谤酶役夷钙苔轮精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金金属氢化物金属氢化物是是白色或接近白色白色或接近白色的粉末，的粉末，是是稳定的化合物稳定的化合物。这些化合

36、物称为。这些化合物称为盐状氢化盐状氢化物物或或离子键型氢化物离子键型氢化物，氢以，氢以H-离子离子状态存在。状态存在。烷演襄乍远郧妨里记焕洁巍防蛰唾治锯该撒铺晋焙剿裂琢辰苇功纂绿霞浇精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金从从IB族族到到IVB族族的的金属氢化物金属氢化物，因是，因是共共价键性很强价键性很强的化合物，称为的化合物，称为共价键型氢化物共价键型氢化物，例如例如:SiH4、CuH、AsH3等。等。这些化合物多数是这些化合物多数是低沸点的挥发性化合低沸点的挥发性化合物物，不能作贮氢材料用。，不能作贮氢材料用。菏蔽搐钙杨酌上

37、输由拭倪潭掳娟联甩儒磅历岿碘馒碉佬舵坡甥县添胞适昼精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金从从IIIB族到族到VIII族族的的金属氢化物金属氢化物，称为，称为金属键型氢化物金属键型氢化物，它们是，它们是黑色粉末黑色粉末。其中，其中，IIIB族、族、IVB族族元素形成的氢化元素形成的氢化物物比较稳定比较稳定(生成焓为负、数值大，平衡分生成焓为负、数值大，平衡分解氢压低解氢压低)，如，如LaH3、TiH2氢化物。氢化物。跌削瞄践卞鬼鸽驰婉肉爬赁杖焚丈恒豌洗蚕芭淋减妄亏团疙懈疙默爪倾字精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金

38、精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金VB族族元素元素也和气体氢也和气体氢直接发生反应，生直接发生反应，生成成VH2、NbH2氢化物。氢化物。在在1atm下，这些氢化物的温度下，这些氢化物的温度在常温附在常温附近近，它们能够是，它们能够是在常温下在常温下贮藏释放氢的材料。贮藏释放氢的材料。VIB族族到到VIII族族的金属中，除的金属中，除Pd外，外，都都不形成稳定的氢化物不形成稳定的氢化物，氢，氢以以H+形成固溶体。形成固溶体。乱蚕绑聘讯乎坝赠惫以杆酉命贴柠襄摄链怎责邀肿准宵弗崩阉俊芍驻粉万精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导

39、材料与贮氢合金各种各种金属与氢反应金属与氢反应性质的不同性质的不同可以从可以从氢的氢的溶解热数据溶解热数据中反映出来。中反映出来。下表是氢下表是氢在各种金属中的在各种金属中的溶解热溶解热 H数据。数据。劣航炽杯剑坦媒牟跺吞仗硬忌屏贼蚀釜凳蔽蚁棒阻同睦察沂蛹正施总滇顾精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金氢在各种金属中的溶解热氢在各种金属中的溶解热 H(kcal/mol)狙蹦鼎滇腋隶篓鲁苑哗岸槛栋销拇纠视链钞贰时擒洋闹呻熙喇镰番羹翰忿精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮

40、氢合金可见可见IA-IVA族族金属的金属的氢的溶解热氢的溶解热是是负负(放热放热)的很大的值的很大的值，称为，称为吸收氢的元素吸收氢的元素；VIA-VIII族族金属显示出金属显示出正正(吸热吸热)的值的值或很小的负值或很小的负值，称为，称为非吸收氢的元素非吸收氢的元素；VB族族金属刚好显示出金属刚好显示出两者中间的数值两者中间的数值。营亏筛磋埠琉舍臣啥戒撂昭淳胞詹吞左捂秘漳省循套眯摈饯彝溉遏锌汞序精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金2、金属氢化物的能量贮存、转换、金属氢化物的能量贮存、转换金属氢化物金属氢化物可以作为可以作为能

41、量贮存能量贮存、转换转换材料材料，其，其原理原理是：是：金属吸留氢形成金属氢化物金属吸留氢形成金属氢化物，然后对然后对该金属氢化物加热该金属氢化物加热，并把它放置在比其平并把它放置在比其平衡压低的氢压力环境中使其放出吸留的氢衡压低的氢压力环境中使其放出吸留的氢，其反应式如下：其反应式如下：劈义绽笑机笔入幸研寓砚妊炭瀑乌笛俘孺嚏沏椿亡狸心臣缅轨邦纠摆纬会精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金式中，式中，M-金属；金属；MHn-金属氢化物金属氢化物P-氢压力；氢压力；H-反应的焓变化反应的焓变化放氢放氢放氢放氢,吸热吸热吸热吸热吸氢

42、吸氢吸氢吸氢,放热放热放热放热反应进行的方向反应进行的方向取决于取决于温度温度和和氢压力氢压力。杏很阀楔沾诱肘厨挪盼雌耗珠灸旺征哎臭陌贰闷悉运疫躬匙熟魄呼是倘君精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金实际上，上式表示实际上，上式表示反应过程反应过程具有具有化学能化学能(氢氢)、热能热能(反应热反应热)、机械能机械能(平衡氢气压平衡氢气压力力)的的贮存和相互转换功能贮存和相互转换功能。放氢放氢放氢放氢,吸热吸热吸热吸热吸氢吸氢吸氢吸氢,放热放热放热放热狐砌却烂紫揍榷卵糟弟伊撼绵溶瞄绩膘硒欲菠虽钱叙啸蜡宁诲戴搪厉情佣精品课程功能材料p

43、pt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金这种能量的这种能量的贮存和相互转换功能贮存和相互转换功能可用可用于于氢或热的贮存或运输氢或热的贮存或运输、热泵热泵、冷气暖气冷气暖气设备设备、化学压缩机化学压缩机、化学发动机化学发动机、氢的同氢的同位素分离位素分离、氢提纯氢提纯和和氢汽车氢汽车等。等。个隧乱腮瑟瞻潍枯幼咐航峡损赣女流衙增二囚胖颈销囤株薄朴主绰蹿绩老精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金放氢放氢放氢放氢,吸热吸热吸热吸热吸氢吸氢吸氢吸氢,放热放热放热放热由上面的反应式可知，贮氢材

44、料由上面的反应式可知，贮氢材料最佳特性最佳特性是是在实际使用的温度在实际使用的温度、压力范围内压力范围内，以实际使以实际使用的速度用的速度，可逆地完成氢的贮藏释放可逆地完成氢的贮藏释放。剩计肺敏捉镶折沛速畦呈炯馈响引扑厄溺社料及岸凸窒心凿妮康剩装肃啊精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金实际使用的实际使用的温度、压力范围温度、压力范围是根据是根据具体具体情况而确定情况而确定的。的。一般是从一般是从常温到常温到400，从，从常压到常压到100atm左右，特别是以具有左右，特别是以具有常温常压附近常温常压附近的工作的的工作的材料作为

45、主要探讨的对象。材料作为主要探讨的对象。卫脓搓殆阀馒垃飘苯淄柴昭录迟胃雄丁们条郡狐攀诽性灭蹬萄挣浚软绦辐精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金具有具有常温常压附近常温常压附近工作的工作的纯金属的氢纯金属的氢化物化物里，显示出里，显示出贮氢材料性能贮氢材料性能的有钒的氢的有钒的氢化物化物(VH2)和和镁的氢化物镁的氢化物(MgH2)。但是但是MgH2在纯金属中反应速度很慢，在纯金属中反应速度很慢，没有实用价值。没有实用价值。猴锨僧廉赠躬夹肌糜钓辞攒藏搬徽借馅堵伺岳俐妈火囚特及炕旭援溅电崖精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与

46、贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金许多许多金属合金与氢金属合金与氢形成形成合金氢化物合金氢化物的的反应具有下式所示的反应具有下式所示的可逆反应可逆反应。放氢放氢放氢放氢,吸热吸热吸热吸热吸氢吸氢吸氢吸氢,放热放热放热放热韧笺禁姜呻毛瞻降艾走拱拘暇劣别粪冬俄膨奇旱咆香早鞋雹萎瓷稠裕碾碴精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金贮氢合金材料贮氢合金材料都服从的都服从的经验法则经验法则是是“贮贮氢合金是氢合金是氢的吸收元素氢的吸收元素(IAIVA族金属族金属)和和氢氢的非吸收元素的非吸收元素(VIA-VIII族金

47、属族金属)所形成的合所形成的合金金”。如在如在LaNi5里里La是前者，是前者，Ni是后者；在是后者；在FeTi里里Ti是前者，是前者，Fe是后者。即，是后者。即，合金氢化合金氢化物的性质物的性质介于其介于其组元纯金属的氢化物的性质组元纯金属的氢化物的性质之间之间。穷诸耙水聘立申泰库网胁寓颁体忠竿剁作为秃刘列霜芯愁身铂着赠谢宣筏精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金然而，然而，氢吸收元素氢吸收元素和和氢非吸收元素氢非吸收元素组成的组成的合金合金，不一定都具备，不一定都具备贮氢功能贮氢功能。例如例如在在Mg和和Ni的金属间化合物中

48、的金属间化合物中，有，有Mg2Ni和和MgNi2。Mg2Ni可以和氢发生反应生成可以和氢发生反应生成Mg2NiH4氢化物，而氢化物，而MgNi2在在100atm左右的压左右的压力下也不和氢发生反应。力下也不和氢发生反应。秉洋湘郊仗悯推荐云森悠昆县岔煌峦糖缅锅穆昧屹扫市撒救渐帝旗炒艘拔精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金另外，作为另外，作为La和和Ni的金属间化合物，除的金属间化合物，除LaNi5外，还有外，还有LaNi，LaNi2等。等。LaNi，LaNi2也能和氢发生反应，但也能和氢发生反应，但生生成的成的La的氢化物的氢化

49、物非常稳定，非常稳定，不释放氢不释放氢，反应，反应的可逆性消失了。的可逆性消失了。埃防载漱雍视彭楞哉纺搐颠厚妒丫塌脚琴永牵好脓抠崇科滑杰军右拨链墩精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金因此，作为因此，作为贮氢材料的另一个重要条件贮氢材料的另一个重要条件是要是要存在与合金相的金属成分一样的氢化物存在与合金相的金属成分一样的氢化物相相。例如例如LaNi5H6相对于相对于LaNi5，Mg2NiH4相相对于对于Mg2Ni那样。那样。倾樊鬼胸职存忙哼稳采闭蠕摆堂阂扦更免历闹氢栋能嘛浩弧跺扭惩篡此际精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料

50、与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金总之，金属总之，金属(合金合金)氢化物能否作为能氢化物能否作为能量贮存、转换材料取决于量贮存、转换材料取决于氢在金属氢在金属(合金合金)中吸收和释放的可逆反应是否可行中吸收和释放的可逆反应是否可行。屁乓侵喉晕依浪改凋大关油潦萨絮颅夸巧代贯低脆映绍烘梅绞更乏伯挚住精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金精品课程功能材料ppt课件第二讲 超导材料与贮氢合金氢在金属合金中的氢在金属合金中的吸收和释放吸收和释放又取决又取决于于金属合金和氢的金属合金和氢的相平衡关系相平衡关系。影响相平衡的因素影响相平衡的因素为为温度温度、压力压力