【正文】 上 ? 曲線形屋頂瓦、垂直幕墻、窗用玻璃 風(fēng)力發(fā)電 ? 風(fēng)能是取之不盡，用之不竭的清潔，無污染，可再生能源。 ? 特點(diǎn)：價(jià)格低 、 易成型 ， 通過化學(xué)修飾調(diào)控性能 。 ? 研究進(jìn)展 : 美國加州伯克利分?？茖W(xué)家在 2021年利用塑料納米技術(shù)研制出第一代塑料太陽能電池 ，可以安裝在一系列便攜式設(shè)備及可穿戴式電子設(shè)備上 。h） M. Gr228。由電荷聚集所形成的電流通過金屬導(dǎo)線流向電負(fù)載。 UV Visible Infrared ?太陽能電池的發(fā)電原理是基于光伏效應(yīng) (Photovoltaic Effect)由太陽光與材料相互作用而產(chǎn)生電勢。預(yù)期 10年內(nèi)太陽能電池能源在美國、日本和歐洲的發(fā)電成本 將可與火力發(fā)電競爭。一個(gè) 4KW的屋頂家用光伏系統(tǒng)可以滿足普通家庭的用電需要，每年少排放的 CO2的數(shù)量相當(dāng)于一輛家庭轎車的年排放量。 ? 單位： 1倫琴（ R） = ?104 庫侖 /千克 ? 吸收劑量 及單位 ? 吸收劑量： 單位質(zhì)量的被照射物吸收輻照能量的能力 ? 單位： 1戈瑞（ Gray） =1焦耳 /千克 放射性活度和電離輻射劑量 ? 輻射劑量當(dāng)量和有效劑量當(dāng)量： ? 描述生物組織對輻射吸收劑量所產(chǎn)生的效應(yīng) ? 單位： 1希沃特（ Sv） =1焦耳 /千克 ? 常用單位：毫希（ mSv） ? 1Sv=1000mSv ? 常用單位：雷姆（ rem） ? 1Sv=100rem 日常生活中接觸到的輻射劑量 ? 國家規(guī)定安全劑量 5 mSv／年 ? 北京地區(qū)天然本底 2 mSv／年 ? 吃食物 mSv／年 ? 磚制房屋 mSv／年 ? 乘飛機(jī) mSv／小時(shí) 日常生活中接觸到的輻射劑量 ? 胸部透視 大于 mSv／次 ? 消化道造影 大于 mSv／次 ? 吸煙 20支／天 1 mSv／年 ? 門診透視 大于 mSv／次 ? 泥土、空氣 mSv／年 太陽能 太陽灶 太陽能熱水器 航天器 太陽能發(fā)電裝置 太陽能汽車 太陽能發(fā)電站 太陽能儲(chǔ)備 太陽能電池 ? 1954年 美國貝爾實(shí)驗(yàn)室制成了世界上第一個(gè)實(shí)用的太陽能電池，效率為 4%，于 1958年應(yīng)用到美國的 先鋒 1號(hào) 人造衛(wèi)星上。 三種射線在電場中的偏轉(zhuǎn) 對這三種射線，用它們在垂直于運(yùn)動(dòng)方向的電場（或磁場）中的軌跡即可區(qū)分。 托卡馬克裝置 Tokamak Fusion Test Reactor, 1989, USA 托卡馬克裝置 Glowing Plasma inside the Tokamak Fusion Test Reactor 中國的托卡馬克裝置 中國的超導(dǎo)托卡馬克 EAST，Experimental Advanced Superconducting Tokamak) 中國的人造太陽 ——實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段 核輻射及其防護(hù) ——三種射線 ?、 ?和 ? ? 1899年盧瑟福（ ）發(fā)現(xiàn)了 ?、 ?射線 ? 1900年法國維拉爾發(fā)現(xiàn)了 ?射線 ? 盧瑟福是這三類輻射術(shù)語的命名者。 ? 托卡馬克的中央是一個(gè)環(huán)形的真空室，外面纏繞著線圈。它的名字 Tokamak 來源于環(huán)形 (toroidal)、真空室 (kamera)、磁(magnit)、線圈 (kotushka)。 核廢料的處理不當(dāng)將造成輻射污染 核能發(fā)展現(xiàn)狀與國家能源需求 ? 核能是公認(rèn)的現(xiàn)實(shí)的可大規(guī)模替代常規(guī)能源的既干凈又經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代能源 –一座百千瓦核裂變電站， 300萬噸原煤 /年 –法國核電約占總發(fā)電量的 70%左右 –英、美等國核電約占總發(fā)電量的 20%左右 , ? 而中國大陸僅 1% 左右，核電可大有作為 ! 可控 核聚變 的研究現(xiàn)狀與前景 ? 中國、日本、韓國、俄羅斯、美國和歐盟 6大 ITER成員國 2021年 6月 28日在莫斯科敲定 法國 的卡達(dá)拉舍（ Cadalache）為可控核聚變反應(yīng)堆建設(shè)地，這一為期 30年、共計(jì)投資將超過 100億歐元的國際超大型科學(xué)合作項(xiàng)目很快就將正式啟動(dòng)。 切爾諾貝利核電站大爆炸 已有近萬人死亡， 十萬人受到核輻射傷害，造成直接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)十億美元，間接經(jīng)濟(jì)損失數(shù)千億美元，后患將影響一百年以上。 ? 生產(chǎn)電力時(shí)不會(huì)造成空氣污染。 ? 鈾礦蘊(yùn)藏量足夠長期使用。 ? 生產(chǎn)巨大能量 。 壓水堆核電站基本工作原理 核島 常規(guī)島 視頻：核電站 ? 中國現(xiàn)有的核電站包括： –秦山核電站（運(yùn)營中） –大亞灣核電站（運(yùn)營中） –嶺澳核電站（運(yùn)營中） –田灣核電站（建設(shè)中） –三門核電站（建設(shè)中） 大亞灣核電站 廣東省深圳市龍崗區(qū) 大鵬鎮(zhèn)大坑村 嶺澳 I期核電站 廣東省深圳市龍崗區(qū) 大鵬鎮(zhèn)嶺澳村 秦山 I期核電站 浙江省嘉興市海鹽縣 秦山鎮(zhèn) 秦山 II期核電站 浙江省嘉興市海鹽縣 武原鎮(zhèn)楊柳山 秦山 III期核電站 CANDU型重水壓水堆 由加拿大原子能源有限公司 (AECL Atomic Energy of Canada Limited)投資設(shè)計(jì)建造并經(jīng)營，運(yùn)行 20年后產(chǎn)權(quán)和管理歸屬中國。其殺傷機(jī)理與原子彈基本相同，但威力比原子彈大幾十甚至上千倍。 太陽上的核聚變反應(yīng) 視頻：太陽 原子彈與氫彈 ——核能的直接體驗(yàn) ? 原子彈： 它是最早研制出的核武器，它是利用原子核裂變反應(yīng)所放出的巨大能量，通過光輻射、沖擊波、早期核輻射、放射性沾染和電磁脈沖起到殺傷破壞作用。 核聚變：數(shù)個(gè)小原子核結(jié)合并釋放能量 。當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的較輕原子核，在極高的溫度和極大的壓力下非?？拷鼤r(shí)，它們聚合在一起而形成一個(gè)較重的新原子核，同時(shí)釋放出巨大的能。 ? 質(zhì)子為什么會(huì)聚在一核之內(nèi)？（萬有引力、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用） 中子、質(zhì)子、電子的質(zhì)量 ? 它們質(zhì)量很小 ， 通常以 “ 原子質(zhì)量單位 ” u表示 – 1u = ?1027 kg – 1me = ?1031 kg = u – 1mp = ?1027 kg = u – 1mn = ?1027 kg = u 原子核的結(jié)合能 211 ??2mcE ?M e Vummmumummumumdnpdpnpn?????????中子的質(zhì)量 質(zhì)子的質(zhì)量 氘核的質(zhì)量（ 質(zhì)子 +中子 ） 核能何來 ? 核能的來源 的兩個(gè)途徑可以獲得能量： ，即一個(gè)重核可裂變?yōu)閮蓚€(gè)中等質(zhì)量的核，從而獲得原子能。 ? 比如把基態(tài)氫原子中的電子電離出來，必須給它 ，則基態(tài)氫原子的束縛能就是 。 新能源材料－如增殖堆用核材料 、 太陽能電池材料 節(jié)能材料－如非晶態(tài)金屬磁性 ， 超導(dǎo)材料 。 如： 太陽電池材料決定著光電轉(zhuǎn)換效率； 燃料電池的電極材料決定著電池的質(zhì)量和 壽命； 材料的制備工藝又決定著能源的成本。 新材料決定著核反應(yīng)堆的性能與安全性。 如：半導(dǎo)體材料把太陽能有效地直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽蝗剂想姵啬苁箽渑c氧反應(yīng)而直接產(chǎn)生電能，代替過去利用氫氣燃料獲得高溫。 新能源的開發(fā)一方面靠利用 新的原理來發(fā)展新的能源 系統(tǒng) ， 另一方面靠 材料的開發(fā)與應(yīng)用 ， 使新系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn) ， 并提高效率 ， 降低成本 。 （ 1992世界能源大會(huì)） 石油 /年 天然氣 /年 煤 /年 鈾 /年 世界 49 57 262 60 中國 23 61 102 30 (5) 礦物燃燒造成環(huán)境污染。因此促進(jìn)了高容量二次電池的發(fā)展。 世界一次商品能源構(gòu)成 (3) 能源應(yīng)用形態(tài)有所改變。 人類社會(huì)的發(fā)展伴隨著 能源消耗 的增加。 1982 英國 —阿根廷 馬島戰(zhàn)爭 1991 美英等國 —伊拉克 海灣戰(zhàn)爭 1999 北約 —南斯拉夫 科索沃戰(zhàn)爭 2021 美英等 —阿富汗 阿富汗戰(zhàn)爭 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 遠(yuǎn)程精確打擊能力 巡航導(dǎo)彈（ ~2021 km）、反輻射導(dǎo)彈、 空空導(dǎo)彈（ ~120 km）、 反艦導(dǎo)彈（ ~400 km）等 全天候作戰(zhàn)能力 紅外夜視裝備 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 六、新材料是科技進(jìn)步的關(guān)鍵 美： 《 星球大戰(zhàn)計(jì)劃 》 、 《 NMD計(jì)劃 》 中： 《 863計(jì)劃 》 歐洲： 《 尤里卡計(jì)劃 》 新材料研究與產(chǎn)業(yè)化將大大改變?nèi)祟惖纳? 會(huì)現(xiàn)狀 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 大口徑半導(dǎo)體材料 —IC的基礎(chǔ) 激光材料、光纖材料 —現(xiàn)代通訊的基礎(chǔ) 新型結(jié)構(gòu)材料 ——現(xiàn)代工程的基礎(chǔ) 光電子材料 ——信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ) 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 納米材料 —納米碳管、 C60、納米粉體 （ ZnO,TiO2， Au, Ag, Pd等） 生物材料 —人工骨、人工心臟、人工血 管、人工皮膚等 磁性材料 —高密度存儲(chǔ)信息 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 功能高分子材料 —輕、揉性、光、電、 磁應(yīng)用 清潔能源材料 —石油、煤的替代 太陽能電池材料、 固體燃料電池材料 環(huán)境材料 —人類可持續(xù)發(fā)展的需要 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 超導(dǎo)材料 —低溫下無電阻 1911 Hg (4 K) 1989 TlBaCuO (125 K) 希望： 300 K 材 料 科 學(xué) 導(dǎo) 論 七、材料科學(xué)發(fā)展趨勢 納米材料、信息功能材料、高性能結(jié) 構(gòu)材料成為世界范圍的研究熱點(diǎn) 重點(diǎn)：新能源材料 能源應(yīng)用情況概述 核能 太陽能 風(fēng)能 新型二次電池材料 燃料電池材料 能源分類 能源分類 一次能源 二次能源 (經(jīng)轉(zhuǎn)換或提煉） 可再生能源 非再生能源 風(fēng)能，水能，太陽能，地?zé)?，海洋能，生物? 化石燃料（煤，石油，天然氣） 鈾 電能，氫能，汽油，柴油等 (1) 人類社會(huì)對能源的需求不斷增加。 中國 彩電、手機(jī)、交換機(jī)、錄象機(jī)、 VCD、DVD機(jī)等產(chǎn)量在 1980~2021年間已達(dá)到世界第一！ 我國信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展 1978年 1999 年 2021年 電話 300萬 8000萬 14000萬 移動(dòng)電話 0 4000萬 12021萬 尋呼機(jī) 0 6000萬 8000萬 手機(jī) 戶 PC 0 350萬 500萬 截止 2021年 3月我國內(nèi)地手機(jī)用戶人數(shù)突破 5億大關(guān)， 成為世界第一手機(jī)大國。 從航天飛機(jī)、衛(wèi)星、計(jì)算機(jī)、移動(dòng)通信、 CD、 VCD、 DVD及各種微型電子設(shè)備到精 密制導(dǎo)武器、大型超視距雷達(dá)、各種戰(zhàn)略 核導(dǎo)彈等等，均是以高速、大容量的 IC為 基礎(chǔ)建成的。 現(xiàn)