非过渡金属的应用

非过渡金属的应用第1页，共10页，2023年，2月20日，星期四内容概要一、锌空气电池的应用与发展二、砷化镓--高效率的太阳电池三、纳米氧化锌的应用四、氧化铝的多种变体五、阻燃剂--纳米超细氧化铋第2页，共10页，2023年，2月20日，星期四一、锌空气电池的应用与发展原理：①中性锌空气电池：2Zn+4NH4Cl+O2→2Zn(NH3)2Cl2+2H2O②纽扣式锌空气电池③低功率大荷电量的锌空气湿电池④高功率锌空气电池2Zn+4NH4Cl+O2→2Zn(NH3)2Cl2+2H2O性能特征和用途：电池的荷电量一般比同体积的锌锰电池大3倍以上。大型锌空气电池的电荷量一般在500～2000Ah，主要用于铁路和航海灯标装置上。纽扣形锌空气电池的电荷量在200～400mAh，已广泛用于助听器中。第3页，共10页，2023年，2月20日，星期四锌电池的现状与发展方向现状：“空气电池”以它技术的先进性足以表明是电动车最理想的动力电源。具体特点如下：

a.

属再生能源；

b.

利用空气作为能源；

c.

无需充电；

d.

容量大；

发展：就室内设备市场而言，便携式轻便装置（包括视频和GPS）已越来越被人们所采用，它们表现出耗电大的特征，标准电池要面对这样的需求时就会有问题，它们与电能的需求还不同步。为了挤进这一市场，并赢得一席之地，锌—空气电池必须具有再充电能力，新型电池的开发工作仍在进行之中。第4页，共10页，2023年，2月20日，星期四二、砷化镓--高效率的太阳电池GaAs的特点与性能：黑灰色固体，熔点1238℃。它在600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不为非氧化性的酸侵蚀。砷化镓可作半导体材料，其电子迁移率高、介电常数小，能引入深能级杂质、电子有效质量小，能带结构特殊，可作磊晶片。GaAs的应用：由于传送讯号的射频元件需要工作频率高、低功率消耗、低杂讯等特色，而砷化镓本身具有光电特性与高速，因此砷化镓多用於光电元件和高频通讯用元件。砷化镓可应用在WLAN、WLL、光纤通讯、卫星通讯、LMDS、VSAT等微波通讯上。第5页，共10页，2023年，2月20日，星期四空间太阳电池主要性能—电池效率◎25℃，AM0条件下太阳电池效率

电池类型

面积（cm2）效率（%）电池结构

一般Si太阳电池64cm2

14.6

单结太阳电池

先进Si太阳电池

4cm2

20.8

单结太阳电池

GaAs太阳电池

4cm2

21.8

单结太阳电池

InP太阳电池

4cm2

19.9

单结太阳电池

GaInP/GaAs

4cm2

26.9

单片叠层双结太阳电池

GaInP/GaAs/Ge

4cm2

25.5

单片叠层双结太阳电池

GaInP/GaAs/Ge

4cm2

27.0

单片叠层三结太阳电池

◎聚光电池

GaAs太阳电池

0.07

24.6

100X

GaInP/GaAs

0.25

26.4

50X，单片叠层双结太阳电池

GaAs/GaSb

0.05

30.5

100X，机械堆叠太阳电池

问题提出：为什么GaAs的光转化效率大于硅？第6页，共10页，2023年，2月20日，星期四三、纳米氧化锌的应用纳米氧化锌的主要性质：1、表面效应：伴随着粒径的减小，表面原子数的迅速增加，纳米粒子的表面积、表面能都迅速增大。表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活性。伴随表面能的增加，其颗粒的表面原子数增多，表面原子数与颗粒的总原子数的比值增大，于是便产生了“表面效应”，即“表面能”与“体积能”的区分就失去了意义，使其表面与内部的晶格振动产生了显著变化，导致纳米材料具有许多奇特的性能。2、体积效应：纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化剂及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化，这就是纳米粒子的体积效应，这种体积效应为实际应用开拓了广阔的新领域纳米氧化锌的应用：纳米氧化锌在橡胶轮胎中的应用

第7页，共10页，2023年，2月20日，星期四四、氧化铝的多种变体氧化铝有多种变体,其中最为人们所熟悉的是α型氧化铝和γ型氧化铝，二者均为白色无定形粉末主要应用：α型氧化铝在α型氧化铝的晶格中，氧离子为六方紧密堆积，Al3+对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心，晶格能很大，故熔点、沸点很高．α型氧化铝不溶于水和酸，工业上也称铝氧，是制金属铝的基本原料；也用于制各种耐火砖、耐火坩埚、耐火管、耐高温实验仪器；还可作研磨剂、阻燃剂、填充料等；高纯的α型氧化铝还是生产人造刚玉、人造红宝石和蓝宝石的原料；还用于生产现代大规模集成电路的板基γ型氧化铝γ型氧化铝是氢氧化铝在140-150℃的低温环境下脱水制得，工业上也叫活性氧化铝、铝胶．其结构中氧离子近似为立方面心紧密堆积，Al3+不规则地分布在由氧离子围成的八面体和四面体空隙之中．γ型氧化铝不溶于水，能溶于强酸或强碱溶液，将它加热至1200℃就全部转化为α型氧化铝．γ型氧化铝是一种多孔性物质，每克的内表面积高达数百平方米，活性高吸附能力强．工业品常为无色或微带粉红的圆柱型颗粒，耐压性好．在石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂和催化剂载体；在工业上是变压器油、透平油的脱酸剂，还用于色层分析；在实验室是中性强干燥剂，其干燥能力不亚于五氧化二磷，使用后在175℃以下加热6-8h还能再生重复使用．目前世界上用拜耳法生产的氧化铝要占到总产量的90%以上，氧化铝大部分用于制金属铝，用作其它用途的不到10%．第8页，共10页，2023年，2月20日，星期四阻燃剂--纳米超细氧化铋纳米超细氧化铋在阻燃剂方面的应用前景：阻燃剂是用以改善材料抗燃性、阻止材料被引燃及抑制火焰传播的物质，主要用于合成高分子材料和天然高分子材料(包括塑料、橡胶、纤维、木材、纸张、涂料等)的阻燃。选用阻燃剂时主要考虑：用量少，阻燃效率高；使用简便，成本低廉；无毒或基本无毒，燃烧时产生的有毒和腐蚀性气体量及烟量少。按阻燃机理，当氯化物的沸点和金属元素与Cl形成的化学键强度都比较低时，氧化物的阻燃能力较强。在298K时，Sb和Bi与氯与形成化学键的键能分别为(360±50)、(305土8)kJ/mol，SbCl3和BiCl3的沸点分别为506.2、720K。可见与常用的Sb2O3一样，Bi2O3是一种阻燃能力较强的阻燃剂铋是一种环境友好的金属，铋阻燃剂不仅能阻燃，而且有消烟作用，着火时不会产生大量有毒烟雾。在另一方面，虽然铋比锑贵，但铋的用量仅为锑的1/6。氧化铋正部分替代氧化锑用于阻燃剂行业。纳米超细氧化铋由于其粒度细小使高分子材料具有特殊的延展性，如果采用纳米氧化铋对高分子材料进行阻燃处理，可以实现难燃性和自熄性，其阻燃性能比微米级提高1个数量级，尤其是纳米氧化铋粒子直径小于化纤纤维的直径，可加入到化纤原料母粒中，这样纺丝后在化纤中均匀分布阻燃材料，从而使得纤维本身具