【文章內(nèi)容簡介】 上述條件下的電化學(xué)腐蝕過程。 負極（碳鋼）： Fe –2e =Fe2+ 正極（銅）： 2H+ +2e =H2↑ 總反應(yīng)式： Fe +2H2+ =Fe2+ +H2↑(如圖 5) （２） 吸氧腐蝕 ：當鐵與雜質(zhì)之間緊密交錯相互接觸著，并且同處在電解質(zhì)溶液中，它們之間形成了原電池。金屬主體一般作為負極，雜質(zhì)一般作為正極。下面我們簡單分析一下吸氧腐蝕反應(yīng)的過程。 負 極（ Fe） ： Fe –2e =Fe2+ 正極（雜質(zhì)）： 2H2O +O2+4e =4OH 總反應(yīng)式 ： Fe2++ 2OH＝ Fe(OH)2 由于空氣的不斷溶入液體中， Fe(OH)2 很快又被氧化，生成穩(wěn)定的氧化物。 4Fe(OH)2 +O2 +2H2O = 4Fe(OH)3 (如圖 6) 21 金屬腐蝕這么猖狂，難道我們就能眼睜睜地看著金屬材料被不斷地吞入它們的虎口嗎？答案是否定的。那我們又應(yīng)該采取什么措施去防護它呢？依據(jù)腐蝕方式和腐蝕發(fā)生條件的不同而采取不同的腐蝕防護方法。方法的選擇決定于其在特殊條件下的有效性以及經(jīng)濟因素，任何防護方法都是通過減小腐蝕速度（腐蝕抑制）或完全阻止腐蝕來改變腐蝕過程的進行的。最終可將其可分為四種 電學(xué)方法 基于改變腐蝕金屬的方法 基于改變腐蝕介質(zhì)性質(zhì)的方法 聯(lián)合方法 電學(xué)方法是在極化電流影響下改變金屬的電化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)，通 過迫使陰極化來保護金屬不受腐蝕，這是極為廣泛的使用方法，包括犧牲陽極法，根據(jù)電極電勢比保護金屬或合金做陰極形成腐蝕電池，而這個輔助金屬起陽極作用，該法可用于防止在深海航行的海輪表面免受腐蝕的損害，只 22 需要適時的更換輔助陽極。 3. 以改變金屬性質(zhì)來降低腐蝕有如下的方法： （ 1）以金屬難溶物（氧化物、磷化物、硫化物、分別使用結(jié)合使用的表面鈍化膜來覆蓋金屬 （ 2）用防護性的油、脂、瀝青、油漆等涂層覆蓋金屬表面 （ 3）應(yīng)用其他在給定條件下比保護金屬更穩(wěn)定的金屬覆蓋物（鋅、銅、鉻、鉛），大多數(shù)表面 膜的防護作用是通過把金屬與其腐蝕環(huán)境機械地分開來達到目的的，但這些方法有一個共同的缺點，即表面膜磨釣或損害后，腐蝕的強度可能會明顯的增加，且往往不能使用另一 種金屬來覆蓋來加以保護，在這方面合金對增加金屬的耐腐蝕性是更為有效的，但費用要高一些 （４）金屬的合金化 如果某種合金成分能夠與氧結(jié)合形成一種防護性的純化膜的話，那么為了提高金屬的穩(wěn)定性就需要加入少量的該合金成分。 4. 于改變腐蝕介質(zhì)性質(zhì)的方法 腐蝕介質(zhì)的處理是通過一些降低腐蝕介質(zhì)的濃度，除去介質(zhì)中的氧，控制環(huán)境溫度和進度或者添加某些能夠降低腐蝕速率的物質(zhì) 即緩蝕劑來減小或防止金屬腐蝕。 聯(lián)合方法 23 例如，為了延長地下管道的使用壽命，把腐蝕防護的機械方法（絕緣材料、瀝青混合物等，同陰極防護聯(lián)合使用，陰極保護在未被絕緣層保護的部位上阻止金屬腐蝕。而用于阻止金屬腐蝕的油漆中含有一種緩蝕劑。因此，機械防護就與電化學(xué)防護結(jié)合起來了。陰極作用增強了中性介質(zhì)和酸性介質(zhì)的緩蝕作用。 在中性介質(zhì)中主要是通過金屬表面附近溶液的堿化來增加腐蝕防護的有效性，溶液堿化促進難溶化合物的形成。而在酸性介質(zhì)中，防護能力的增加是金屬電位負移即其負電荷增加時有機陽離子吸附能力增加的結(jié)果。某些在中 性介質(zhì)中不影響鋼鐵腐蝕的有機物質(zhì)當應(yīng)用陰極極化時則變?yōu)橛行У木徫g劑。 24 功能玻璃 玻璃在我們?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。就拿我們的生活來說吧，一些高樓大廈的外表面用玻璃來裝飾，形成亮麗的玻璃幕墻。我們居室的門窗上面安有玻璃，鏡子是玻璃做的，有些茶幾的桌面也是玻璃做的，茶杯是玻璃的，還有各種造型的玻璃器皿，以及眾多色彩絢麗、琳瑯滿目的玻璃工藝品真是數(shù)不勝數(shù)。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會的進步，人們對玻璃的要求越來越趨于多樣化、功能 化。所謂功能化是指通過改變其化學(xué)成分或采取適當?shù)墓に嚭图庸し椒?，將一定的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、生物學(xué)性質(zhì)等賦予玻璃體，使其獲得所需的功能。 作為功能玻璃的化學(xué)組成除了氧化物玻璃外還包括鹵化物及硫化物玻璃。其材料形態(tài)包括塊狀、板狀、纖維、膜、涂層、微孔體及粉末。 眾多的功能玻璃按其功能或主要使用性能來分類的話，可大致分為七類。這就是：光功能玻璃、電功能玻璃、磁功能玻璃、機械功能玻璃、生物功能玻璃、化學(xué)功能玻璃、熱功能玻璃。 功能 實例或應(yīng)用 光功能 光傳輸 激光的激振 光纖（光通信、能量傳輸） 激光核聚變 25 光存儲 光致變色 聲光效應(yīng) 法拉第旋 光 非線性光學(xué) 聚光、鏡頭作用 光波長選擇性透過和反射 超平滑的基板 光盤光存儲膜 調(diào)節(jié)光透過率的光致變色玻璃 光開關(guān) 光偏轉(zhuǎn) 光開關(guān)及維持相位的偏轉(zhuǎn) 折射率分布鏡頭 隔熱玻璃、反射或防反射玻璃 光盤基板 電磁功能 光傳輸 離子導(dǎo)電 延遲聲波 光電性 電視攝像管元件 固體電池 延遲線玻璃 ＰＤＰ等顯示器 熱功能 耐熱 低膨脹 低熔點封接 耐熱材料 光掩膜基板 封裝、焊接 機械功能 高彈性模量 高韌性 機械加工 增強用纖維（氧氮玻璃） 結(jié)構(gòu)材料 可機械加工的絕材料 化學(xué)功能 化學(xué)分離及酵母菌載體 熔融固化 微孔玻璃 放射廢棄物的固化 混凝土增強 26 耐堿性 生物功能 生物活性 人工齒 人工骨、人工牙根 齒冠 在這里我著重介紹光功能玻璃。 光功能玻璃在光學(xué)儀器中起著核心作用?？勺龀筛鞣N特殊要求的透鏡、棱鏡、反射鏡等，以擴展光學(xué)儀器的用途或改善其性能。用離子交換法和光刻蝕技術(shù)，可以做出具有折射率梯度分布的平面微透鏡，這種透鏡在復(fù)印機中作圖像轉(zhuǎn)換，可使復(fù)印機體積大幅度縮小。 光功能玻璃在所有功能玻璃中占的比例最大，其中包括光導(dǎo)玻璃纖維、激光玻璃、光致變色玻璃、光的選擇透 過和反射玻璃和非線性光學(xué)玻璃等。 如此多的光功能玻璃，在這里我只介紹光導(dǎo)玻璃纖維和非線性光學(xué)玻璃兩種。 采用光導(dǎo)纖維進行通訊，不僅能節(jié)省大量的金屬資源，而且使用壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，性能比電纜好得多，具有容量大﹑抗干擾性好﹑能量衰耗小，傳送距離遠﹑重量輕﹑絕緣性能好﹑保密性強﹑成本低等特點。 光導(dǎo)通訊的最大特點是中繼間距離長和輸容量大。為實現(xiàn)此目的，要求光纖具有低損耗、低色散。而所有這些損耗均取決于光纖制造技術(shù)，色散又取決于玻璃材料和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。因此，制造低損耗、低色散光纖應(yīng)選擇最低本征損耗小的玻璃材料及 適合于該材料的制造技術(shù)，即通過高純度、均 27 勻性優(yōu)越的玻璃的合成，以及折射率的精密控制制造波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。 氧化物玻璃具有穩(wěn)定的玻璃態(tài)，由多種氧化物構(gòu)成的多組分玻璃，透過波長范圍取決于透過范圍最狹窄的組合，雖然本征吸收損耗比較大。但軟化點低使瑞利損耗變小，且能比較容易地合成穩(wěn)定均勻的玻璃。 日前，石英系統(tǒng)玻璃在光纖材料中占主要地位。 （ 1）光纖的制造 石英系光纖的制造包括合成具有波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的高純度預(yù)制坯棒和將棒拉制成光纖。光纖的制造分為三個階段：預(yù)制棒的制造；拉絲和涂覆；成纜。 有三種比較典型的 制作方法，即管內(nèi)氣相沉法、軸向氣相沉積法和外氣相沉積法。 管內(nèi)氣相沉積法（ Inside Vapor Deposition）是目前制作高質(zhì)量石英系玻璃光學(xué)纖維最通用的方法。 軸向氣相沉積法（ AVD 法， VaporPhase Axial Deposition）是用 SiCl4水解反應(yīng)： SiCl4 + 2H2O ==== SiO2 + 4HCl 使高純原料 SiCl4等氣化，再通過高溫氫氧焰生成玻璃微粒組成的所謂粉塵。 外氣相沉積法（ OVD 法， Outside Vapor Deposition）應(yīng)用水解反 應(yīng)原理，將原料氣體輸入氫氧焰噴泉嘴，經(jīng)高溫分解合成得到玻璃粉塵，一層一層地沉積在耐火材料心棒的表面，形成多孔的預(yù)制棒。 28 預(yù)制棒制成之后，下一工序就是拉絲和涂覆。 涂覆過的光纖組合起來可以制成各種光纜。 （ 2）光纖的結(jié)構(gòu)及分類 通訊用玻璃光纖是由折射擊率較高（ n1）的玻璃光纖芯和折射率較低（ n2n1）的玻璃包皮層的構(gòu)成。 氟化物光纖令人矚目的是在傳輸?shù)倪^程中損耗小，可延長中繼距離。 損耗的原因 玻璃中的雜質(zhì)（如過渡元素 Fe、 Ni、 Co、 OH基和玻璃中的微晶、鉑坩堝析出的鉑夾雜物）引 起散射。 Co、Cu、 Fe、 Ni、 Mn、 Cr、 Ti 等元素引起紅外區(qū)的吸收損耗。稀士元素的吸收及水的吸收也引起損耗。 硫化物光纖： 硫系玻璃是含 S、 Se、 Ti 元素的可以透過最長波長區(qū)的玻璃。硫系玻璃的特點是基本為共價鍵，離子鍵性小。 光導(dǎo)纖維的特性決定了其廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。由光導(dǎo)纖維制成的各種光導(dǎo)線﹑光導(dǎo)桿和光導(dǎo)纖維面板等，廣泛地應(yīng)用在工業(yè)﹑國防﹑交通﹑通訊﹑醫(yī)學(xué)和宇航等領(lǐng)域。 非線性光學(xué)玻璃： 非線性光學(xué)玻璃由于與現(xiàn)有的光纖系統(tǒng)具有相容性和較快的響應(yīng)速度，因而引起人們的極大興趣。目前的研究工作集中于各種不 同的玻璃系統(tǒng)，利用不同的非線性機制來提高非線性性能。由于光頻隨材料中電子的轉(zhuǎn)移或躍遷會表現(xiàn) 29 出共振和非共振兩種情況，故三階非線性光學(xué)玻璃材料也可分為共振型和非共振型兩類。 1．非共振型： 雖然均質(zhì)玻璃的值較低，但由于其具有較小的吸收系數(shù)和較短的響應(yīng)時間而使其品質(zhì)因數(shù)較高而格外引人注目。其中為非線性折射率，為響應(yīng)時間或 1 皮秒（取其長者），是線性吸收系數(shù)。 在所有均質(zhì)玻璃中，都或多或少存在三階非線性光學(xué)效應(yīng)。通常具有高密度﹑高線性折射率的玻璃具有較高的非線性極化率。要獲得高密度﹑高折射率玻璃的方法是向玻璃中添加 具有高折射度的調(diào)整體或引入易極化的重金屬氧化物，如 PbO﹑ Bi2O3﹑ Nb2O3﹑ TeO R2O3（ R=La, Pr, Nd, Sm）等，或引入重金屬鹵化物，如 KX（ X=Cl, Br, I）、 PbCl2 等。硫系玻璃通常具有相對較大的三階非線性極化率，最大值A(chǔ)sSSe 為 10－ 11esu,差不多是 SiO2 玻璃的 500 倍。然而由于硫系玻璃的本征吸收最小值位于 4～ 6mm，在 波長測得的 有相當部分屬于共振吸收分量，且通訊領(lǐng)域主要使用 和 兩個窗口作為通信通道，而使其全光開關(guān)應(yīng) 用受到限制。但最近研究表明，重金屬鹵化物的引入會使硫系玻璃透射區(qū)同時向長波和短波方向擴展，如GeS2Ga2S3KX（ X=Cl, Br）系光透過范圍在 ～ 之間，且透過率高達 80％以上（ 4mm 樣品），由于重金屬鹵化物具有大的極化率，硫系玻璃引入鹵化物會增加玻璃結(jié) 30 構(gòu)的堆積密度，從而使玻璃具有很好的三階非線性光學(xué)性能。 2．共振型 在玻璃中摻入某些光電性能較佳的物質(zhì)能顯著提高非線性光學(xué)效應(yīng)，這些摻雜體常用半導(dǎo)體微晶、金屬顆粒及有機物等，而玻璃作為摻雜體的色散介質(zhì)使用。 近年來，當半導(dǎo)體多量子 阱和超晶格出現(xiàn)后，半導(dǎo)體及金屬顆粒摻雜玻璃的研究成為熱點。這種玻璃也叫量子點玻璃，通常摻雜顆粒尺寸小于 10nm，表現(xiàn)出共振增強的三階非線性光學(xué)效應(yīng)，響應(yīng)時間約為 10－ 11s，同時由于它們與波導(dǎo)制備技術(shù)相容而被拉成光纖，因此受到重視。其產(chǎn)生機制可歸因為納米粒子的量子尺寸效應(yīng)，即介質(zhì)因光吸收產(chǎn)生電子－空穴，獨立的或以激子的形式封閉在顆粒的狹小空間中，電子態(tài)呈現(xiàn)量子化分布，從而引起顆粒周圍場強的增加和非線性光學(xué)效應(yīng)的提高。除 CdSxSe1x外，含 CdS、 CdSe、CdTe、 CuCl、 CuBr、 PbS 等半導(dǎo)體及摻 Au、 Ag、 Cu 等金屬顆粒的玻璃也表現(xiàn)出量子尺寸效應(yīng)。通常顆粒尺寸越小，非線性效應(yīng)越大。如果要獲得較小的顆粒尺寸和較高的顆粒濃度，常采用溶膠－凝膠法制備。 隨著全光信息處理和光計算機研究的發(fā)展，三階非線性光學(xué)玻璃的研究已成為近年來光電子技術(shù)領(lǐng)域中最引人注目的研究課題之一。 總之，玻璃在人類歷史上扮演著一個重要的角色。 31 潔凈煤技術(shù) 隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，環(huán)境污染已變得越來越嚴重了，尤其是因使用煤炭而引起的 SO2，以及 SO2在日光催化下與煙塵結(jié)合，通過一系列的化學(xué)轉(zhuǎn)化，形成的二次污染物H2SO4，其毒性比 SO2大 10 倍以上。 1952 年的倫敦煙霧事件就使上千人死亡。我國每年燃煤產(chǎn)生的 SO2有 1600 萬噸，煙塵有 1300 萬噸，由此產(chǎn)生的酸雨對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的破壞更是難以估計，因此開發(fā)新型清潔能源以及潔凈煤技術(shù)對我國的經(jīng)濟和環(huán)境的發(fā)展至關(guān)重要。 人類只有一個地球，我們不能以掠奪的方式發(fā)展經(jīng)濟，也不能走所謂的 ―零增長 ‖道路。人類應(yīng)該有光明的未來，關(guān)鍵在與處理好人與自然的關(guān)系，因此環(huán)境保護也就成了一個跨越國界的全人類共同的話題。從 1987 年世界環(huán)境與發(fā)展委員會發(fā)表的 我們共同的未