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未來是微納米新材料的時(shí)代,新的材料運(yùn)用于各行各業(yè),;
未來便攜式電子設(shè)備和電動汽車急需各種高效電源,,正在發(fā)展中的超級電容器是一種擁有美妙前景的儲能裝置,,兼為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界所青睞,。常見的超級電容器電極材料主要包括ruo2,、mno2、nio等過渡金屬氧化物,、碳材料以及導(dǎo)電聚合物材料,。近年來,過渡金屬氮化物(tin,、vn、wn,、mo2n等)作為超電材料的研究不斷見諸報(bào)道,,基于低成本、優(yōu)良的電化學(xué)性能,、高摩爾密度,、良好的電化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn),,有望成為優(yōu)質(zhì)的器件電極材料,應(yīng)用于下一代超級電容器儲能電源,。
最近,,中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所和北京大學(xué)合作研究,崔厚磊,、黃富強(qiáng)等研究者發(fā)現(xiàn)了一種全新的超級電容器性能優(yōu)異的氮化鈮電極材料——nb4n5納米孔薄膜,。nb4n5屬于四方晶系的i4/m空間群,為一種富含nb空位缺陷的nacl型結(jié)構(gòu),,從未被用作儲能材料,。其制備過程簡單,只需對nb箔在適當(dāng)條件下進(jìn)行陽極氧化,,隨后在nh3氣氛中熱處理,,即可制備出高度有序的nb4n5納米孔陣列。xps分析結(jié)果表明nb4n5同時(shí)包含nb3+和nb5+,,混合價(jià)態(tài)陽離子的存在不僅產(chǎn)生了法拉第贗電容,,而且導(dǎo)致了良好的類金屬的導(dǎo)電性。在1mh2so4電解液中,,0.5macm-2的電流密度下獲得了226mfcm-2的面電容量,,遠(yuǎn)高于類似nb2o5電極的0.2mfcm-2,也達(dá)到了金屬氮化物納米結(jié)構(gòu)薄膜電極的最高水平,。電流密度增大到10macm-2時(shí),,仍可保留為137mfcm-2說明了良好的倍率性能。此外通過多巴胺的聚合,、碳化,,在nb4n5納米孔薄膜電極包覆了超薄碳膜,顯著改善了循環(huán)穩(wěn)定性,,2000個(gè)循環(huán)伏安周期后電容保留率提高到接近100%,。研究表明,碳包覆的nb4n5納米孔薄膜可以組成雙電極對稱器件,,具有良好的實(shí)際應(yīng)用潛力,。
說起業(yè)界所謂的“超級材料”,相信不少人首先想到的會是藍(lán)寶石,。沒錯(cuò),,這種硬度超高的材料因?yàn)樘O果的青睞而備受關(guān)注。但除了藍(lán)寶石之外,,科學(xué)家們已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中研發(fā)出了不少意義重大的超級材料,,本文就將對其中的6種進(jìn)行介紹。
自我修復(fù)材料——仿生塑料
人體具備非常強(qiáng)大的自我修復(fù)能力,,但建筑環(huán)境卻并不具備這種能力,。去年,,伊利諾伊大學(xué)的Scott White研發(fā)出了一種具備自我修復(fù)能力的仿生塑料。這種聚合物內(nèi)嵌有一種由液體構(gòu)成的“血管系統(tǒng)”,,當(dāng)出現(xiàn)破損時(shí),,液體就可像血液一樣滲出并結(jié)塊。相比其他那些只能修復(fù)微小裂痕的材料,,這種仿生塑料可以修復(fù)最大4毫米寬的裂縫,。
熱電材料——熱量清道夫
對于任何一部會使用能源的設(shè)備來說,廢熱的產(chǎn)生都是不可避免的,。根據(jù)估算,,人類所使用的所有能源當(dāng)中有2/3都以廢熱的形式流失了??梢怯修k法能夠捕捉到這些被浪費(fèi)的能量呢?
去年,,一家名為Alphabet Energy的公司開發(fā)出了一種熱點(diǎn)發(fā)電機(jī),它可被直接插入普通發(fā)電機(jī)的排氣管,,從而把廢熱轉(zhuǎn)換成可用的電力,。這種發(fā)電機(jī)使用了一種相對便宜和天然的熱電材料,名為黝銅礦,,據(jù)稱可達(dá)到5-10%的能效,。
在實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中,科學(xué)家們已經(jīng)在研究另一種具備可發(fā)展前景,,甚至能效更高的熱電材料,,名為方鈷礦,一種含鈷的礦物,。熱電材料目前已經(jīng)開始了小規(guī)模的應(yīng)用——比如在太空飛船上——但方鈷礦具備廉價(jià)和能效高的特點(diǎn),,可以用來包裹汽車、冰箱或任何機(jī)器的排氣管,。
鈣鈦礦——廉價(jià)太陽能電池
成本是可再生能源發(fā)展中的最大障礙,。太陽能正在變得更加便宜,但使用晶體硅制作太陽能電池的成本和能源消耗依然非常高,??沙司w硅之外,還有一種可用來制作太陽能電池的替代材料,,那就是鈣鈦礦,。
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