氧化镓的研究现状论文
强调氧化镓的公司的概念股票就是氧化镓概念股。第三代半导体的火爆，就是因为新的材料体系可以在高压、大功率情况下采用单极器件，即使用SiC MOSFET、GaN HEMT、Ga2O3 FET，取代硅基的IGBT，除了产品可靠性、电流能力、成本下降空间尚需要一定时间验证外，几乎全面实现了前面所提到功率器件发展的所有诉求。氧化镓在光电子器件方面有广阔的应用前景，被用作于Ga基半导体材料的绝缘层，以及紫外线滤光片。这些是氧化镓的传统应用领域，而其在未来的功率、特别是大功率应用场景才是更值得期待的。 拓展资料:氧化镓的用途:1、 氧化镓并不是很新的技术，多年前就有公司和研究机构对其在功率半导体领域的应用进行钻研，但就实际应用场景来看，过去不如SiC和GaN的应用面广，所以相关研发工作的风头都被后二者抢去了。而随着应用需求的发展愈加明朗，未来对高功率器件的性能要求越来越高，这使得人们更深切地看到了氧化镓的优势和前景，相应的研发工作又多了起来，已成为美国、日本、德国等国家的研究热点和竞争重点。而我国在这方面还是比较欠缺的。2、 虽然氧化镓的导热性能较差，但其禁带宽度()超过碳化硅(约)，氮化镓(约)和硅()的。由于禁带宽度可衡量使电子进入导通状态所需的能量。采用宽禁带材料制成的系统可以比由禁带较窄材料组成的系统更薄、更轻，并且能应对更高的功率，有望以低成本制造出高耐压且低损失的功率元件。此外，宽禁带允许在更高的温度下操作，从而减少对庞大的冷却系统的需求。3、 氧化镓是一种宽禁带半导体，禁带宽度Eg=，其导电性能和发光特性良好，因此，其在光电子器件方面有广阔的应用前景，被用作于Ga基半导体材料的绝缘层，以及紫外线滤光片。这些是氧化镓的传统应用领域，而其在未来的功率、特别是大功率应用场景才是更值得期待的。4、 氧化镓是一种新兴的功率半导体材料，其禁带宽度大于硅，氮化镓和碳化硅，在高功率应用领域的应用优势愈加明显。但氧化镓不会取代SiC和GaN，后两者是硅之后的下一代主要半导体材料。氧化镓更有可能在扩展超宽禁带系统可用的功率和电压范围方面发挥作用。而最有希望的应用可能是电力调节和配电系统中的高压整流器，如电动汽车和光伏太阳能系统。
一、镓的物理性质及用途
金属镓呈银白色，质软，在与人体相当的温度（37℃）下便熔化成液体。镓的熔点低但沸点很高，是液态范围最大的金属，其熔点为℃，沸点为2403℃，℃时密度为。
常温下，镓在空气中很稳定，因为其表面会形成一层薄氧化膜，即使在达到红热程度时也会与空气隔绝而不会被氧化。
镓特殊的物理性质，使其成为一种性能优良的电子材料。以GaAs、GaP、GaSb为主的镓系化合物半导体是电子工业的基础材料，在光电子学领域和微波通讯领域应用极为广泛，主要用于发光二极管、激光二极管、光探测器、太阳能电池、高速和超高速集成电路、可视显示设备及微波固态器件。镓在冶金、化工、医学等方面也有不少应用。近十年来，随着工业发展尤其是高新技术的发展，镓的应用拓展了许多新的用途，计算机、液晶-等离子电视和航天技术是新兴起的三大应用领域。在发展和需求的推动下，镓的应用研究非常活跃，10年来全世界发表镓应用技术的实验研究论文数千篇，一些新型技术和材料在不断涌现，全世界对镓的需求量也在不断增长。20世纪90年代初全世界镓的年消费量约为60～70t，2000年时已超过了100t，并且还在不断增长，其中90%以上用于制造镓化合物半导体材料。因此，镓被誉为“电子工业的食粮”。
我国对镓的应用研究早在20世纪50年代就已开始，但由于受工业发展的限制，直到90年代，国内镓消费量很小，这样一个镓资源大国镓的年消费量仅为数吨，生产的镓90%出口到国际市场。从20世纪90年代后期开始，国内镓消费量开始增长。随着国内高新技术、航天技术等迅速发展，镓的需求量还会快速增长。因此，开展我国镓资源及镓应用的战略研究是非常必要的。
二、镓的地球化学性质
（一）镓的地球化学参数
镓位于元素周期表第四周期第三族中，在其四周的元素中，上方为铝，下方为铟，左为锌，右为锗。其原子序数为31，原子量为。
镓有两个稳定同位素，即69Ga和71Ga，它们在自然界中的相对丰度为69Ga=，71Ga=。镓同位素是否也像其它元素的同位素组成一样具有地质意义，目前还没有详细的研究。
表9-1和表9-2列出了镓的地球化学参数及镓与某些性质相近元素地球化学参数的对比。在元素地球化学分类中，戈尔德施密特将镓划归亲铜元素，查氏分类中将镓划归硫化
表9-1 镓的地球化学参数
表9-2 镓的主要地球化学参数与相关元素对比
物矿床典型元素族，费氏将其划归金属元素场。综合起来，几种分类的共同之处都在于说明镓以亲铜元素的身份成为硫化物矿床中富集的典型金属元素。这是由镓的地球化学性质所决定的。镓在6配位时的离子半径与硫化物矿床中常见Zn、Sn、Cu、Fe2+、Fe3+、Sb等元素的离子半径接近（表9-3），尤其是镓的电子构型与Zn类似，与Pb2+不仅配位数不同而且离子半径差别也很大。因此，镓在自然界通常能够进入Zn和Fe组成的矿物，而在Pb矿物中含量很低。另一方面，Ga3+离子半径与Al3+和Fe3+离子相近，其正3价电子都分布在最外部电子层上，因此最早时镓有“类铝”的说法。镓的这一特性又决定了其地球化学性质的另一面，即镓在氧化条件下地球化学性质与铝和铁尤其是与铝相似，具有强的亲石（亲氧）性质。这是镓与其它分散元素明显不同的特点，这也使得镓更广泛地参与到各种地质作用中去。
表9-3 镓与相关元素的离子半径对比表
（二）镓的丰度
目前大家比较公认的镓的地壳丰度为15×10-6，刘英俊等（1984）也推荐这一数值。关于镓的丰度，随着分析方法的提高其可靠性也在不断提高。克拉克和华盛顿（1924）确定的值为n×10-5，费尔斯曼（1933—1939）的数值为1×10-5，戈尔德施密特（1937）、维尔纳茨基（1949）、泰勒（1964）给出的数值均为15×10-6，维尔纳茨基（1962）给出了19×10-6的地壳丰度。泰勒（1980，1982）给出的大洋地壳和大陆地壳镓的克拉克值分别为17×10-6和18×10-6。黎彤（1985）给出的地壳丰度为15×10-6，1997年给出的中国大陆岩石圈镓的丰度为×10-6。
以上不同学者给出的数据以15×10-6居多，这一数值可以作为地壳镓的克拉克值。相比较而言，镓在地壳中的含量是相当高的，比其他分散元素的地壳含量高出1～2个数量级，甚至比W、Sn、Mo、Be、Sb、Hg等元素的地壳含量高出许多。这是镓在地球化学性质上亲氧（石）性质而与铝相伴随的结果。
据泰勒（1982）的资料，初始地幔镓的丰度为3×10-6，但是来自地幔的岩石镓含量一般都高于此值。
根据Cameron（1973）的资料，陨石中镓的含量为48×10-6。陨石中镓的含量是直接测定的，不同类型的陨石及不同学者测定的结果也有很大的出入。据欧阳自远（1988）的统计，13个铁陨石含镓为×10-6～100×10-6，中国南丹铁陨石含镓×10-6。刘英俊等（1984）统计结果显示，铁陨石含镓×10-6～96×10-6，石陨石含镓×10-6～20×10-6。月球物质中含镓一般为×10-6～×10-6，大致相当于地幔的镓丰度。
（三）镓在岩浆岩中的含量
镓在岩浆岩中的性状具有明显的亲石性而与铝紧密相关，在岩浆结晶过程中类质同象进入含铝硅酸盐造岩矿物中，因此造成镓的分散性质。尽管不同类型的岩浆岩具有不同的镓含量，但镓与铝具有正消长关系，我们对中国13个岩体的分析及收集到的各类岩浆岩镓的含量及其与铝的关系如图9-1所示。
超基性岩镓的含量明显低于镓的地壳丰度（15×10-6 ），最高 10×10-6左右，低者仅1×10-6～2×10-6，碱性岩含镓最高，明显高于地壳镓丰度及其它岩类，中性岩石含镓与地壳丰度接近，酸性岩含镓略高于地壳丰度。从超基性岩→基性岩→中性岩→酸性岩→碱性岩，镓含量增高且呈现良好的线性分布特点。岩浆岩中镓的含量比其它分散元素如 Ge、In、Tl、Cd等都要高出很多。
图9-1 岩浆岩中镓与铝的关系
据刘英俊等（1984）研究结果显示，岩浆岩的Ga/Al比值的变化是有规律的。由超基性岩、基性岩向酸性岩和碱性岩方向，Ga/Al比值明显增大（图9-2）。因此，Ga/Al比值可作为划分岩浆演化阶段的化学指示剂。
图9-2 岩浆岩中Al2O3含量及Ga/Al比值随SiO2含量的变化关系
岩浆岩中造岩矿物镓含量的一些分析结果见表9-4，总体来说，在造岩矿物中，斜长石、黑云母和白云母含镓最高，辉石、角闪石、橄榄石和石榴子石镓含量在同一个水平上，都低于10×10-6。在基性岩、中酸性岩中，斜长石中镓的含量一般高于云母类矿物，因此可以认为，斜长石是最主要的含镓造岩矿物。刘英俊等（1984）研究认为，超基性岩中斜长石含镓为10×10-6～15×10-6，辉石含镓3×10-6～5×10-6，角闪石含镓4×10-6～8×10-6；基性岩中70%～80%的镓集中在斜长石中（20×10-6～25×10-6）；中酸性岩中斜长石携带了全部镓的65%～90%，虽然云母矿物含镓相当高，但矿物含量有限，携带镓的总量明显低于长石（表9-5）。
表9-4 岩浆岩造岩矿物中镓的含量（×10-6）
表9-5 镓在花岗岩主要造岩矿物中的分配
（四）镓在热液作用中的地球化学行为
我们在研究与岩浆作用有关的铅锌矿床的过程中，分析了山东香夼矿床的花岗闪长斑岩在矽卡岩化及蚀变过程中的成分变化，其中Ga、Al2O3和SiO2的含量如表9-6所示。可以看出，花岗闪长岩在蚀变过程中，Al2O3和SiO2呈下降趋势，矽卡岩的Al2O3和SiO2含量最低，而Ga含量及Ga/Al比值呈明显的上升趋势，矽卡岩含Ga最高，这种变化在图9-3中更明显地表示出来。但是，我们对几个蚀变矿物Ga含量的分析发现，绿泥石和绿帘石含Ga明显高于其他矽卡岩矿物，含量在50×10-6～77×10-6之间，而辉石和石榴子石含Ga仅n×10-6。在夕卡岩中，绿帘石和绿泥石含量可达40%左右，可见这两种矿物是夕卡岩中主要的载Ga矿物。这说明，在岩浆岩蚀变及夕卡岩化过程中，Ga仍然与Al和/或Fe紧密伴随，并没有大量进入流体相，这也从矿石含Ga很低（10×10-6～15×10-6）得到证实。
表9-6 山东香夼铅锌矿床花岗闪长斑岩在蚀变过程中Ga、Al2O3、SiO2的含量变化
图9-3 花岗闪长斑岩在蚀变过程中Ga、Al2O3、SiO2的变化
刘英俊等（1984）对花岗岩在云英岩化和苏州碱质花岗岩在钾质和钠质蚀变过程中Ga的变化的研究也得出了与上述结果类似的结论。沉积岩和变质岩以及其它类型的岩浆岩蚀变过程中Ga的变化还未见到十分系统的研究。
上述蚀变都属于高温热液蚀变。大多数情况下，低温蚀变由于蚀变带不甚发育，蚀变分带不明显，研究资料还较少。与高温蚀变结果不同的是，尤其是在某些低温热液型铅锌矿床中，Ga明显得到了富集，如我国广东凡口、大宝山，贵州牛角塘、杉树林，湖南渔塘等铅锌矿床矿石含Ga最高可达50×10-6～100×10-6。一个十分明显的现象就是产于沉积岩中的铅锌矿床，Ga含量明显高于与岩浆活动有关的铅锌矿床。
与岩石中Ga的地球化学行为不同的是，岩石中的Ga与Al表现出亲密关系，而Ga进入成矿热液后其地球化学性质表现为亲硫（铜），可以大量富集在以闪锌矿为主的硫化物矿物中，进而成为人类可以利用的有用金属。这种现象可能与以下几种因素有关：①硫化物矿床矿石中的Al2O3含量明显低于岩石，一般在5%～10%以下，有些甚至低于1%，没有足够的含铝矿物形成可能会使Ga另谋出路；②岩石中的Ga处于氧化环境，而成矿流体属于强的还原环境，在这两种环境中Ga的地球化学性质可能也是不同的；③Ga的正三价态是最稳定价态，此价态下Ga属于6配位离子，与闪锌矿中的Zn2+和Fe2+同属于6配位，且闪锌矿是硫化物矿石中最常见和最主要的矿物，Ga容易进入其中得到富集。
刘英俊等（1984）认为，热液作用中镓也表现为一定程度的亲石性质而在某些铝硅酸盐矿物如绿泥石中存在。表9-6的数据也说明了这一点。我们对比研究发现，当硫化物矿床中这类铝硅酸盐矿物大量存在时，硫化物中Ga的含量明显降低。
（五）镓在表生过程中的地球化学行为
在热液作用过程中Ga具有亲硫（铜）性质而与锌关系密切，但在表生条件下，镓的地球化学行为仍表现为亲石性质而与铝关系密切。最明显的例子就是，富含镓的铅锌矿床氧化带中的锌矿物含镓都很低，氧化铁矿物及粘土矿物含镓则高得多（表9-7）。这说明在硫化物氧化过程中镓转移到了含铝、铁的氧化物中。目前的研究表明，其它类型的硫化物矿床在氧化过程中，微量的镓也都转入含铝和含铁相。
表9-7 广东茶洞多金属矿床中闪锌矿和氧化锌矿物镓含量
图9-4 卡麦隆花岗岩风化剖面Ga与Al2O3的关系（Hieronymus等，2001）
20世纪90年代初，我们曾对花岗岩中的斜长石在风化过程中微量元素的变化做过测定。基岩中的长石以斜长石为主，含量约为40%～50%，颗粒粗大，大者达 2～3cm。从垂向上，长石的变化顺序为：未风化长石→半风化长石（保持长石晶体外形，仍然坚硬，部分已变为高岭石）→高岭石（块状）→高岭土（松散土状），分析发现，随着风化程度的增高，尽管 Cu、Pb、Zn、Ag等变化很大（风化程度越高，这些元素含量越低），但 Ga含量变化不大，基岩中的斜长石含 Ga 为 31×10-6 ～44×10-6 ，半风化长石含 Ga 为 34×10-6 ，块状高岭石含 Ga 17×10-6 ～28×10-6 ，即使风化的最终产物高岭土也含有 18×10-6～23×10-6的 Ga。这说明岩石在风化过程中，Ga与 Al的紧密关系避免了其流失，使其从一种含铝矿物转移到另一种含铝矿物。同样的结论由 Hieronymus等（2001）研究卡麦隆花岗岩风化剖面中得出（图 9-4），也就是说，风化过程中 Ga 与 Al 是同步增长的。然而，也有相反的情况存在，如巴西 Tucurui地区玄武岩风化层及铝土矿层中的 Ga与 Al2O3呈负相关，而与 Fe2O3呈正相关（图9-5）。
图9-5 巴西玄武岩风化剖面Ga与Al2O3和Fe2O3的关系
沉积岩中的镓随岩性的不同存在较大的差别，板岩、板岩+粘土、砂岩、碳酸盐岩和深海粘土的Ga丰度分别被界定为19×10-6、30×10-6、12×10-6、4×10-6和20×10-6。El Wakeel等（1961）对现代海底沉积物分析发现，深海红色粘土含Ga为20×10-6，石灰泥浆含Ga为12×10-6，燧石泥浆含Ga为18×10-6，最近10年所获得的数据也都与此接近。相对于地壳丰度来说，砂岩和碳酸盐岩尤其后者是贫Ga的。具体到某一确定地区的岩石，Ga含量虽有差别，有时差别还很大，但总体趋势是Ga与Al紧密相关。沉积岩中的B、Ga也可以作为沉积作用的指相标准，如程安进（1994）利用B、Ga含量和B/Ga比值研究了安徽巢县二叠纪地层沉积环境，其B、Ga含量及B/Ga比值见表9-8。
表9-8 安徽巢县二叠纪地层的B、Ga含量及比值
沉积过程中，由于镓与铝的密切关系，在铝大量聚集时镓也往往形成工业富集，如沉积铝土矿中的镓具有重要的经济意义，是世界镓的最主要来源。
镓在变质岩中的分布，主要取决于原岩成分和变质程度。原岩贫镓者，变质岩含镓亦低，如低镓的基性-超基性岩经变质后，镓含量依然很低；碳酸盐岩变成大理岩，镓含量甚至会降得更低。可以肯定的是，变质过程中镓的变化仍与铝关系密切。分析发现，变晶矿物如斜长石、夕线石、富铝石榴子石、蓝晶石以及角闪石都不同程度含有镓，其中斜长石镓含量可达30×10-6，仍然是变质岩中主要的含镓矿物。
图9-6为滇西不同变质岩残片的Ga-Al2O3关系图。从图中可以看出，变质岩中的Ga不仅与Al2O3含量呈正相关，而且在同一变质岩残片中，随着变质程度的加深，Ga含量有降低的趋势。更重要的一点是，利用Ga-Al2O3关系，可以看出不同变质岩残片之间的关系。仅就图9-6来看，苍山、雪龙山和石鼓变质岩具有一致的Ga-Al2O3变化趋势，而崇山群与高黎贡山群具有一致的Ga-Al2O3变化趋势。这说明它们可能属于不同的古大陆。
图9-6 滇西变质岩残片的Ga-Al2O3关系图
镓在海水中的地球化学行为与铝也是类似的（Orians，et al.，1988），因此可以结合Al来判断海水的深度（Measures，et al.，1988，1992；Shiller，1998）。世界海水的平均镓含量被确定为×10-9，近期的研究显示海水中镓的分布是不均匀的。大西洋海水在其近表面含镓较高，向下在1000m左右处降低，再往深部又开始升高而后变得稳定，而在有些海盆地底部海水中镓明显富集，在挪威海，从海水表面向深部，镓含量稳定地升高（Shiller，1998）。
海水中镓最主要的来源是陆地（Bertine，et al.，1971；Shiller，et al.，1996），进入海水的土壤级别粒度的大气尘含镓可达22×10-6，被认为是海水镓的另一来源（Chester，et al.，1974）。Shiller（1988）认为，底部海水高的镓浓度是海底沉积物再次悬浮溶解造成的。另外，海底火山作用也是镓的重要来源。
在海水中，镓比铝稳定，因此停留的时间比铝长5～10倍，一般铝在海水中停留1～年，而镓可以停留5～22年，与锰的停留时间一致（Statham，et al.，1986；Jickells，et al.，1994）。因此，海水中Ga/Al比值也可以作为地球化学变化的参数。
三、镓的资源状况
镓资源的研究并不像镓的应用研究那样活跃。主要原因在于全球地质学家们都认为镓没有单独的矿床形成，镓来自铅锌矿床、铝土矿床和煤三大矿床类型的副产品。因此，镓的成矿研究基本处于停滞状态。
镓是一种典型的分散元素，虽然在实验室合成了数十种镓的化合物，但自然界发现的镓矿物只有2种，更是尚未发现一处独立的镓矿床。Phillip（1990）报道，世界铝土矿伴生镓储量10万t，闪锌矿中伴生镓6500t，合计镓储量106500t。虽然这一统计数字并不一定准确，但也说明全世界已经确认的镓储量是很少的。伴生镓资源的另一个特点是，随着主金属矿产的耗尽，伴生的镓也就不复存在。因此，在开发主金属矿产的同时，如不重视回收镓，就会造成镓资源的短缺。
国外镓生产国主要有法国、德国、美国和日本。铝生产大国基本上都是镓的产出大国。20世纪90年代初以前，镓最主要的来源为铝土矿，占镓生产量的50%以上，闪锌矿中回收的镓约占40%，其余不足10%。90年代美国和加拿大联合进行煤灰中镓的回收研究，该项技术已经投产，使煤中原本不够工业利用价值的镓得以回收利用。
据1993年资料，我国镓资源非常丰富，全国已发现富镓矿床上百处，探明镓储量10多万吨，其中50%以上为铝土矿中的伴生镓，其次为铅锌矿和其他矿床中伴生的镓。已探明的镓储量分布于全国21个省区，但主要集中在山西（占镓总储量的26%）、吉林（20%）、河南（15%）、贵州（13%）、广西（9%）和江西（5%）（中国地质矿产信息研究院，1993）。
镓的回收主要有两种途径，即从氧化铝生产和闪锌矿冶炼过程中回收。我国的镓主要来源于前者。早在1957年，山东铝厂就研制出了从低品位铝土矿烧结法生产氧化铝的循环母液中提取镓工艺，开创了我国镓的回收生产史。经过30多年的不断完善和改进，这一工艺至今是我国生产镓的主要方法，已被国外广泛采用。80年代建立起来的氧化铝拜耳液提取镓工艺，使镓的生产能力得到了明显提高。我国对闪锌矿中镓的回收利用技术也是成熟的，与铝土矿中镓的提取相比，闪锌矿中镓的回收成本较高，因此，这部分镓回收利用率极低，造成了镓资源的极大浪费，如果同时回收闪锌矿中的镓、锗、铟、镉，其成本必然下降。因此，闪锌矿中镓的回收研究还是一个值得下功夫的问题。
国外对镓的研究较早始于20世纪40年代，大规模开展于50年代，最多的研究内容是其在各种地质体中的含量及其地球化学性质。我国对镓资源的研究始于20世纪60年代，研究的重点是铝土矿中的镓（刘英俊等，1963；刘英俊，1965a，b），随后的几十年中，铝土矿中的镓一直是镓资源研究的重点。1982年，刘英俊总结了我国含镓矿床的主要成因类型（刘英俊，1982），提出除铝土矿外，闪锌矿是镓的重要来源。实际上，我国对铅锌多金属矿床中镓的研究始终处于零敲碎打的状态，凡是冠以“研究该类矿床微量元素”者都会不同程度地涉及到镓，但针对镓的地球化学性状、富集机理、存在形式等的专门研究很少。这些都与国内镓工业应用的发展水平有关。
氧化镍的研究现状论文
你还记得去年2019年8月我们“博科园”报道与解析的：第一种显示出明显超导迹象的氧化镍材料被发现吗？这引发了世界各地科学家寻找更多信息的竞赛，这种材料的晶体结构类似于铜氧化物，即铜酸盐，它保持着在相对较高的温度和常压下无损耗导电的世界纪录，但是它的电子有没有同样的行为呢？这些答案可能有助于推进新的非传统超导体合成。并将其用于输电、运输和其他应用，还可以揭示铜酸盐是如何的机制。但经过30多年的研究，这仍然是一个谜！现在发表在《自然材料》期刊上的一篇新论文中，由美国能源部SLAC国家加速器实验室和斯坦福大学科学家领导的一个小组，首次详细研究了超导氧化镍（或称镍酸盐）的电子结构。科学家们使用了两种技术，共振非弹性X射线散射(RIXS)和X射线吸收光谱(XAS)。获得了镍酸盐电子结构的第一张完整图片，基本上是它们的电子排列和行为，决定了材料的性质。铜酸盐和镍酸盐都是薄薄的二维薄片，上面覆盖着其他元素，如稀土离子。当这些薄片冷却到一定的温度以下时，它们就会变成超导，它们自由流动的电子密度会在一个被称为“掺杂”的过程中进行调整。铜酸盐是处于预掺杂“基态”的绝缘体，这意味着它们的电子不能移动。在掺杂之后，电子可以自由移动，但它们大多被限制在铜酸盐层，很少通过中间的稀土层到达它们的铜酸盐邻居。但研究小组发现，在镍酸盐中，情况并非如此。未掺杂化合物是一种电子自由流动的金属。此外，中间层实际上为镍层贡献了电子，创造了一种与在铜酸盐中看到截然不同的三维金属状态。这是过渡金属氧化物（如铜酸盐和镍酸盐）的一种全新基态。它为实验和理论研究超导电性是如何产生的，以及如何在这个系统中以及可能在其他化合物中优化超导电性开辟了新方向！科学家们一直在寻找具有类似于铜酸盐高温超导体的电学性质镍基材料。现在在掺杂的无限层镍酸盐NdNiO2中发现了超导电性，加强了这些 探索 的努力。研究用X射线能谱和密度泛函理论证明了LaNiO2和NdNiO2电子结构虽然与铜酸盐相似，但包含了显著的区别。与铜酸盐不同的是，无限层镍盐中的稀土隔离层支持弱相互作用的三维5d金属态，它与NiO2层中具有3d{x^2-y^2}对称性的准二维强关联态对称。因此，无限层镍酸盐可视为稀土金属间化合物的同胞，后者以重费米子行为著称，其中NiO_2相关层的作用类似于稀土重费米子化合物中的4f态。这种安德森点阵状的“氧化物金属间化合物”取代了莫特（Mott）绝缘态，成为掺杂后产生超导电性的参考态。
废干电池对环境有负面影响（哪怕是轻微的）主要是因为其中含汞。因此，发达国家较早开始控制电池中的含汞量，提倡开发有利于环境保护的安全电池系列产品，禁止生产汞含量大于电池重量％的电池。20世纪90年代初，主要发达国家都实现了电池的无汞化（含汞量在％以下）。 在电池管理政策上，发达国家的政策可以概括为两类。 第一类是针对普通干电池的。政府要求制造商逐步降低电池中的汞含量，最终禁止向电池中添加汞。这项要求是淘汰所有含汞产品、工艺的一部分，而不仅仅针对电池行业。现在，几乎所有的发达国家都禁止向电池中添加汞。 第二类政策是针对可充电电池的。通过立法要求制造商逐步淘汰含镉电池。目前，镍氢电池、锂电池正逐步取代镍镉电池。一些国家的电子制造商协会开展了可充电电池回收利用工作，效果也比较显著。这主要是因为可充电电池总消耗量相对较少（与普通干电池相比），应用范围较小，容易通过以旧换新的方式收集，而且回收价值较高，所以这类废电池收集较容易。 参考资料： 自从第一只化学电源伏打电池问世以来,已经历了两个世纪了,在这期间,电池为我们人类做出了巨大的贡献,特别是本世纪70年代以来,越来越多的移动电话,BP机,手提电脑等电子产品走进消费者的日常生活,使电池这一家族获得了巨大的发展,但凡事有利必有弊,大量电池废弃后给人类环境带来了巨大的污染,据测试一粒钮扣电池能污染60万升水,一个人一生也喝不完,一节1号电池烂在地里,能使一平方米土地失去使用价值,多么触目惊心的数字呀,于是我们课题组选择了这个课题,希望能对此作进一步的了解,从而为废电池回收做些力所能及的事,为我们的环保事业贡献一份自己的力量. 电池的危害性 万事开头难,面对着这么大的一个课题,应该从哪里研究起呢 我们三人都不约而同地想到从电池的危害性入手.人都说废电池有害,那么是不是所有的废电池都有害呢 电池的危害性又表现在哪里呢 为此,我们上网查阅了有关资料,并得出了以下结论: ①.并不是所有的废电池都是危险品,碰也碰不得,电池种类不同,对于环境的污染差别也很大,应区别对待,有些电池如碱性干电池和镍氢电池不会对环境造成严重危害,但有些电池如镉镍电池含有有害物质,进入环境长期作用,可能直接危及人们的健康. ②.电池污染具有生产多少废弃多少,集中生产,分散污染;短时使用,长期污染的特点,电池污染是因为电池含有以下重金属 : 铅:神经系统(神经衰弱,手足麻木),消化系统(消化不良,腹部绞痛),血液中毒和其他的病变. 汞:精神状态改变是汞中毒的一大症状.脉搏加快,肌肉颤动,口腔和消化系统病变.发生在日本的水俣病就是汞中毒的典型. 镉,锰:主要危害神经系统.镉中毒后患者手足疼痛,全身各处都很易发生骨折,俗称"痛痛病" ③废旧电池污染环境的途径: 俗话说得好:病从口入,废电池也一样.我们分析了种种电池污染过程,不外乎以下几种,且这些元素本被封存在电池壳内部,并不会对环境造成影响.是经过长期机械磨损和腐蚀,使得内部的重金属和酸碱等泄露出来,进入土壤或水源,才会通过各种途径进入人的食物链,从而危害人类健康. 这些过程简述如下: 电池→土壤→微生物→动物循环 粉尘→农作物→食物→人体→神经→沉积发病 其他:水源→植物→食品→消化 生物从环境中摄取的重金属可以经过食物链的生物放大作用,逐级在较高级的生物中成千上万地富积,然后经过食物进入人的身体,在某些器官中积蓄造成慢性中毒. ④废旧电池危害的其它表现: 那么,废电池是如何进入环境的呢,目前我国还没有进行垃圾分类回收,目前生活垃圾处理主要是卫生填埋,堆肥和焚烧三种方式,混入生活垃圾的废旧电池在这三个过程中的污染作用体现在: 填 埋: 废旧电池的重金属通过渗滤作用污染水体和土壤.(主要是干电池) 焚 烧:废旧电池在高温下,腐蚀设备,某些重金属在焚烧炉中挥发在飞灰中,造成大气污染,焚烧炉底重金属堆积,给产生的灰渣造成污染. 堆 肥:废旧电池的重金属含量较高,造成堆肥的质量下降. 二,电池回收的现状: 回收的可行性: 通过以上研究,我们对电池的危害性有了比较深刻的认识既然废电池对人类,对环境有如此大的危害,那么回收废电池就成了一件非常必要的事.事实上,废电池其实一点也不"废",废电池中有偿使用95%的物质均可回收,其中含有大量有色金属,而有色金属是地球上不可再生的资源,回收利用能产生一定的经济价值,实现资源化.为此,我们查找了一些关于废电池回收情况的资料,并对此进行了分析,总结. 来自网上的资料: 据不完全统计,全国每年生产的电池达到15亿节,这些电池含锌皮38200吨铜帽600吨,铁皮29600吨,汞吨等.如国外再生铅业发展迅速,现有铅生产量的55%均来自于再生铅.而再生铅业中,废铅蓄电池的再生处理占据了很大比例.100千克废铅蓄电池可以回收50-60千克铅.对于含镉废电池的再生处理,国外已有较为成熟的技术,处理100千克含镉废电池可回收20千克左右的金属镉.对于含汞电池则主要采用环境无害化处理手段防止其污染环境. 我国是电池生产和消费大国,去年电池的产量和消费量高达140亿只,占世界总量的1/3.而由于种种原因,我国目前对废电池的环境管理基本处于空白,每年报废的上百亿只电池大部分没有回收处理,而是随意丢弃,对生态环境和公众健康构成了潜在的威胁. 看样子,我国在废电池回收方面所做的工作是远远不够的,既然经验不足,就得懂得向别人学习,为此我们又查阅了一些国外关于电池回收的资料. 2.电池回收在国外: ①西欧 许多国家不仅在商店,而且直接在大街上都设有专门的废电池回收箱,将收集起来的废电池先用专门筛子筛选出那些用语钟表,计算器及其他小型电子仪器的纽扣电池,它们当中一般都含有汞,可将汞提取出来加以利用,然后用人工分拣出镍镉电池电池,法国一家工厂就从中提取镍和镉,再将镍用于炼钢,镉则重新用于生产电池. ②美国 美国是在废电池环境管理方面立法最多最细的一个国家,不仅建立了完善的废电池回收体系,而且建立了多家废电池处理厂,同时坚持不懈地向公众进行宣传教育,让公众自觉地支持和配合废电池的回收工作. ③瑞士: 瑞士有两家专门加工利用旧电池的工厂,巴特列克公司采取的方法是将旧电池磨碎,然后送往炉内加热,这时可提取挥发出的汞,温度更高时锌也蒸发,它同样是贵重金属.铁和锰熔合后成为炼钢所需的锰铁合金.该工厂一年可加工2000吨废电池,可获得780吨锰铁合金,400吨锌合金及3吨汞.另一家工厂则是直接从电池中提取铁元素,并将氧化锰,氧化锌,氧化铜和氧化镍等金属混合物作为金属废料直接出售. 不过,热处理的方法花费较高,瑞士还规定向每位电池购买者收取少量废电池加工专用费,的国马格德堡近郊区正在兴建一个"湿处理"装置,在这里除铅蓄电池外,各类电池均溶解于硫酸,然后借助离子树脂从溶液中提取各种金属物,用这种方式获得的原料比热处理方法纯净,因此在市场上售价更高,而且电池中包含的各种物质有95%都能提取出来.湿处理可省去分拣环节(因为分拣是手工操作,会增加成本).马格德堡这套装置年加工能力可达7500吨,其成本虽然比填埋方法略高,但贵重原料不致丢弃,也不会污染环境.: ④德国: 在德国,目前已做到废电池全部收集,分类处理和处置.政府已经立法,明确规定:对于毒性大的铅酸蓄电池,含汞电池,镉镍电池等必须标有再生利用标识;电池生产厂家和经销商必须收集所有废电池;经销商必须将有标识和无标识的电池加以分类;电池生产企业必须建立电池再生利用和处理设施;对于所有的废电池必须优先考虑再生利用,对于不可再生利用的电池要根据废物管理法进行妥善处置;在电池的生产方面,要进一步降低电池的重金属含量,尤其要降低碱锰电池的汞含量,积极开发对环境危害小的新产品. 德国阿尔特公司研制的真空热处理法便宜,不过这首先需要在废电池中分拣出镍镉电池,废电池在真空中加热,其中汞迅速蒸发,即可将其回收,然后将剩余原料磨碎,用磁体提取金属铁,再从余下粉末中提取镍和锰.这种加工一吨废电池的成本不到1500马克. ⑤日本 一次电池在日本国内已完全实现了无汞化,也就是说一次电池对环保的影响已降至很小很小.目前日本国内84%的电池都有回收,回收的方式是在两万多家商店内派发回收纸盒,回收袋,并有相应的抽奖旅游.商店门口树立着回收的广告牌,日本人的宣传和自主环保意识是较强的. 从以上资料来看我国在电池回收方面的确已落后于发达国家一大截.其中的原因也是多方面的.第一,在技术水平方面,目前国内仅仅处于科研和试验阶段,有少数几家工厂开展了废电池的再利用,但技术尚不成熟.因此我国应尽快研究开发电池的资源化,无害化处理技术,必要时应从国外引进先进成熟的技术.第二,公民的环保意识不强,随意丢弃废电池的现象比较严重,造成了资源的浪费和环境的污染.这方面,发达国家的公民就做得比较好,因此,我国应该做好宣传工作,加大废电池的回收力度,因为只有废电池的回收量大,工厂有了源源不断的充足的原料,废电池的再生和处理才能上规模,企业才能有经济效益. 3.我国国家和城市措施: 面对我国电池污染的严峻形势,我国政府也并没有坐视不理,而是采取了一系列强有力的措施.据了解,国家经贸委,国家环保总局,国家技术监督局等9个部委局已于1997年发布了《关于限制电池产品汞含量规定的通知》."通知"说:"首先实现低汞,最终达到无汞."通知要求:"自2001年1月1日起,禁止在国内生产各类汞含量大于电池重量的电池;从2001年1月1日起,凡进入国内市场销售的国内外电池产品,在单体电池上均需标注汞含量(例如,用'低汞'或'无汞'注明),未标注汞含量的电池不准进入市场销售;自2002年1月1起,禁止在国内市场经销汞含量大于电池重量的电池;自2005年1月1日起,禁止在国内生产汞含量大于电池重量的碱性锌锰电池;自2006年1月1起,禁止在国内经销汞含量大于电池重量的碱性锌锰电池. " 目前全国已有十几家电池厂能够生产无汞环保电池了,如福建南孚电池厂生产的南孚牌电池,中银(宁波)电池公司生产的双鹿牌电池等等,但尚有80%的厂家还在等待观望,在这方面没有什么进展.国家环保总局,国家技术监督局,国家工商总局等执法部门准备联合行动,加大执法监督力度. 我国一些大城市的回收工作: 在电池回收的大潮中,一些沿海的大城市行动比较早,做得也比较好.1998年4月,北京市环卫局成立了"有用垃圾回收中心",专门负责废电池的回收工作,他们在中小学,机关,商店,餐厅建立了300多个回收点,定期派车到各点回收废电池.1998年共回收了7吨,今年预计回收30吨. 4. 不同种类电池的回收情况: 其实,就像上面讲到的,不同种类电池的污染程度不同,其回收情况自然也不同.其中充电电池含有一些比较贵重的金属如镍,锂,铅,镉等,回收价值较高,而干电池中含有的东西不值钱,利用价值不大,因此,对废旧干电池进行回收处理是没有什么经济效益的.目前,国外对废弃的充电电池大多进行了回收处理,而对于废旧干电池,目前采取的主要方法是回收之后集中填埋封存.至于干电池的处理工厂,目前全世界仅有两家,一家在日本,一家在瑞士.位于日本北海道的那家废电池处理厂主要从废旧干电池中提取锌,铜,锰等金属,由于经济效益不好,环保部门给予了该厂补贴,每处理1公斤废电池补贴80日元. 铅蓄电池是电池回收中的生力军,我国铅矿资源有限,回收再生铅可节约能源,再生铅生产成本比原生铅低38%.我国的再生铅工业50年代就有,但当初没能引起有关部门的重视,再生铅年产量一直在千吨位徘徊,直到1990年才达到万吨.近十年来,再生铅工业取得了显著进展,产量迅速增长,已初步形成独立产业,1994年产量达到万吨,是快速腾飞的标志年.此后至今,年产量均在10万吨以上.1997年达万吨,是1990年的倍,年均增长达,再生铅年产量占铅总量20%左右,(见表1). 表1 中国近年精铅及再生铅产量 单位:万吨 年 份 1996 1997 年均增长 精铅总产量 再生铅总产量 再生铅百分比 但从总体水平看,再生铅企业数量多,规模小,耗能高,污染重,工艺技术落后,金属回收和综合利用率低.特别是我国立法滞后,企业生产和销售不规范,低水平重复建设严重.我国废铅蓄电池再生铅厂近300家,生产能力从几十吨到上千吨不等,2万吨以上的屈指可数整体水平仅相当于国际60年代水平. 5.公众意识 现在让我们来看看我们周围的情况,到底人们对废电池认识多少呢 我们决定从身边的人开始调查,于是,我们在本校范围内作了一次关于同学们对废电池回收意识的调查,本次调查的对象为高一高二部分同学,共收到调查问卷217张,其中有效问卷213张,统计得到的数据见表2: 表2 废电池回收调查卷统计 序号 调查内容 选择项 人数 百分比 1 是否使用小型电器,如手电筒,随身听,CD机,复读机等. A 是 191 B 否 22 2 你使用普通电池还是充电电池. A 普通电池 172 B 充电电池 41 3 每星期大约有几节电池为你牺牲 A 1-2节 153 B 3-4节 38 C 5-6节 4 D 6节以上 18 4 你如何处理废电池 A 扔垃圾箱 117 B 交给生活委员 48 C 随便一扔 48 5 你对废电池危害的认识情况 A 不清楚 24 B 不太清楚 63 C 能列出几条 99 D 很清楚 27 6 你对学校生活部收废电池活动的认识 A无所谓 29 B没事找事 26 C该的 74 D觉得非常好 85 分析以上数据可得,有70%多的同学每星期用1-2节电池,甚至有同学一星期用六节以上,废电池有很广泛的来源,而同学对废电池回收的意识较弱,绝大多数同学把电池扔垃圾箱或随手一扔,对电池的危害性认识不够,再利用意识不强,对废电池危害十分清楚的同学还不到15%,所以很有必要在校园内进行废电池与环保宣传. 6 媒体关注程度 先让我们来看看以下两则报道: ①据《郑州日报》报道,郑州有两名大学生从网上看到一则报道:"德国老太太在中国旅游数日,由于找不到废电池回收站,只好把一些废电池带回国内".两位即懂环保更有爱国之心的学子看后深受感动.他们成立了专门回收废电池的环保协会,并号召周围的同学响应起来,队伍不断壮大.现在已有200多名在校大学生参加. ②《无锡日报》报道,年仅6岁的北京女孩王君婧"小人办大事",为宣传废旧电池对环境的危害,她在父亲的陪伴下历时50天穿越滇藏,新藏公路,行程一万七千余公里,途中捡拾废旧电池一千余枚. 由此可见,媒体对此的关注程度还是比较高的,人们的环保意识正在逐步增强,也让我们看到了废电池回收的曙光. 三,废电池回收的具体建议: 针对上述种种情况,并结合我国地广人多的实际,我们对废电池回收提出以下几点建议: 1.政府立法,从法律上保证这项工作的持续性.责令环保部门对废电池进行回收,然后提炼可利用物质,使之无害化处理. 2. 以单位(如机关,部队,学校,工厂,商店,大饭店旅馆,街道办事处,物业小区等级)行政系统为中心建立废电池回收网. 3.工会,青年团,学生会,妇联等组织,号召各自成员积极参加回收废电池的行动中来. 4. 进行广泛的社会宣传,增加公民意识.有必要在学校教学中,增加废电池回收与环境保护的内容. 5.有关回收废电池活动的专门奖惩制度. 6.公共场所尤其是在大商场,可以设立专门的回收柜台
尖晶石型锰酸锂正极材料的合成及电化学性能研究 在线阅读 整本下载 分章下载 分页下载 【英文题名】 The Study of Electrochemistry Performance for Synthesize Spinel Li-Mn-O Materials on the Lithium-ion Battery 【作者】 卢星河; 【导师】 唐致远; 【学位授予单位】 天津大学; 【学科专业名称】 应用化学 【学位年度】 2005 【论文级别】 博士 【网络出版投稿人】 天津大学 【网络出版投稿时间】 2007-07-10 【关键词】 锂离子电池; 正极材料; 尖晶石型锰酸锂; 阴阳离子复合掺杂; 包覆改性; 电化学性能; 高温性能; 【英文关键词】 lithium-ion battery; cathode material; spinel LiMn_2O_4; doping; surface modification; electrochemical performance; elevated temperature performance; 【中文摘要】 锂离子电池因质量比容量大、平均开路电压高和循环寿命长等优点已广泛应用于移动、便携式电器。目前锂离子电池的正极材料主要采用层状钴酸锂。由于钴资源的短缺、大电流充放电和高温环境使用的不安全因素,研究开发新一代高性能正极材料成为一项重要课题。尖晶石型LiMn_2O_4材料具有原料资源丰富、易制备和环境友好等优点,特别是因为充放电电压高、循环性能好、比容量高和使用安全等优良的电化学性能,该材料成为本研究的重点: 本研究首先对尖晶石型锰酸锂正极材料的研究现状、存在问题和解决方案等进行了较系统的探讨,先后制定了多项改善和提高尖晶石型锰酸锂电化学性能的措施。合成研究了分别和同时掺杂阴、阳离子正极材料Li_()M_xMn_(2-x)Q_yO_(4-y)的充放电比容量、循环性能、高温(55℃)性能和大电流充放电性能等,表征了合成材料的晶体结构、表观形态、粒径及粒径分布规律,进一步探讨了表面包覆(修饰)改性和电解液及其组成对锰酸锂正极材料的作用和影响。 以实验室合成的尖晶石型锰酸锂LiCo_xCr_yMn_(2-x-y)O_4材料为母体材料,以SiO_2... 【英文摘要】 The lithium-ion batteries have been widely used in portable electronic products such as, cell phones, notebook computers and cameras because of its high-capacity ( times as large as the Ni-Cd batteries and times as large as the Ni-MH batteries) and high average open voltage, that is, V in contrast with the of Ni-MH batteries. In the near future, the lithium-ion battery will used in the motive-batteries. As key parts of the battery,the anode and cathode have become one of the hott... 【DOI】 CNKI:CDMD: 【更新日期】 2007-07-25 【相同导师文献】 导师：唐致远 导师单位：天津大学 学位授予单位：天津大学[1] 高飞.锂离子电池正极材料LiFePO_4的合成与电化学性能研究[D]. 中国博士学位论文全文数据库,2008,(08)[2] 黄娟.循环冷却水新型加酸工艺配方的研究[D]. 中国优秀硕士学位论文全文数据库,2008,(08)[3] 常林荣.铝轻型板栅在铅酸电池中的应用及聚苯胺的电化学合成[D]. 中国优秀硕士学位论文全文数据库,2008,(08)[4] 穆雪梅.新型高效氧电极催化剂的研究与评价[D]. 中国优秀硕士学位论文全文数据库,2008,(08)[5] 邱瑞玲.固相法合成LiFePO_4及其改性研究[D]. 中国优秀硕士学位论文全文数据库,2008,(08)[6] 王倩.柔性纸质电池的研制[D]. 中国优秀硕士学位论文全文数据库,2008,(08)[7] 赵松鹤.锂离子电池负极材料钛酸锂的研究[D]. 中国优秀硕士学位论文全文数据库,2008,(08)[8] 张联忠.两种锂离子电池负极材料的研究[D]. 中国优秀硕士学位论文全文数据库,2006,(08)[9] 肖成伟.车用锂离子动力电池循环性能的研究[D]. 中国优秀硕士学位论文全文数据库,2007,(08)[10] 樊勇利.锂离子电池正极材料氧化镍钴锰锂的研究[D]. 中国优秀硕士学位论文全文数据库,2007,(08)
氧化钙论文研究现状
石灰 石灰是人类使用较早的无机胶凝材料之一。由于其原料分布广。生产工艺简单。成本低廉，在土木工程中应用广泛。 一、石灰的原料及生产 凡是以碳酸钙为主要成分的天然岩石，如石灰岩、白垩、白云质石灰岩等，都可用来生产石灰。 将主要成分为碳酸钙的天然岩石，在适当温度下煅烧，排除分解出的二氧化碳后，所得的以氧化钙(CaC)为主要成分的产品即为石灰，又称生石灰。 在实际生产中，为加快分解，煅烧温度常提高到1000～1100℃。由于石灰石原料的尺寸大或煅烧时窑中温度分布不匀等原因，石灰中常含有欠火石灰和过火石灰。欠火石灰中的碳酸钙未完全分解，使用时缺乏粘结力。过火石灰结构密实，表面常包覆一层熔融物，熟化很慢。由于生产原料中常含有碳酸镁(MgCO3)，因此生石灰中还含有次要成分氧化镁(MgO)，根据氧化镁含量的多少，生石灰分为钙质石灰(MgO≤5％)和镁质石灰(MgO>5％)。 生石灰呈白色或灰色块状，为便于使用，块状生石灰常需加工成生石灰粉、消石灰粉或石灰膏。生石灰粉是由块状生石灰磨细而得到的细粉，其主要成分是CaO；消石灰粉是块状生石灰用适量水熟化而得到的粉末，又称熟石灰，其主要成分是Ca(OH)2；石灰膏是块状生石灰用较多的水(约为生石灰体积的3—4倍)熟化而得到的膏状物．也称石灰浆。其主要成分也是Ca(OH)2。 二、石灰的熟化与硬化 生石灰(CaO)与水反应生成氢氧化钙的过程，称为石灰的熟化或消化。反应生成的产物氢氧化钙称为熟石灰或消石灰。 石灰熟化时放出大量的热，体积增大1—2．5倍。煅烧良好、氧化钙含量高的石灰熟化较快，放热量和体积增大也较多。 根据加水量的不同，石灰可熟化成消石灰粉或石灰膏。石灰熟化的理论需水量为石灰重量的32％。在生石灰中，均匀加入60％～80％的水，可得到颗粒细小、分散均匀的消石灰粉。若用过量的水熟化，将得到具有一定稠度的石灰膏。石灰中一般都含有过火石灰，过火石灰熟化慢，若在石灰浆体硬化后再发生熟化，会因熟化产生的膨胀而引起隆起和开裂。为了消除过火石灰的这种危害，石灰在熟化后，还应“陈伏”2周左右。 石灰浆体的硬化包括干燥结晶和碳化两个同时进行的过程。石灰浆体因水分蒸发或被吸收而干燥，在浆体内的孔隙网中，产生毛细管压力。使石灰颗粒更加紧密而获得强度。这种强度类似于粘土失水而获得的强度，其值不大，遇水会丧失。同时，由于干燥失水。引起浆体中氢氧化钙溶液过饱和，结晶出氢氧化钙晶体，产生强度；但析出的晶体数量少，强度增长也不大。在大气环境中，氢氧化钙在潮湿状态下会与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙，并释放出水分，即发生碳化。 碳化所生成的碳酸钙晶体相互交叉连生或与氢氧化钙共生，形成紧密交织的结晶网，使硬化石灰浆体的强度进一步提高。但是，由于空气中的二氧化碳含量很低，表面形成的碳酸钙层结构较致密，会阻碍二氧化碳的进一步渗入，因此，碳化过程是十分缓慢的。 三、石灰的技术性质、质量要求及应用 (一)石灰的技术性质 生石灰熟化后形成的石灰浆中，石灰粒子形成氢氧化钙胶体结构，颗粒极细(粒径约为1μm)，比表面积很大(达10～30 m2/g)，其表面吸附一层较厚的水膜，可吸附大量的水，因而有较强保持水分的能力，即保水性好。将它掺入水泥砂浆中，配成混合砂浆，可显著提高砂浆的和易性。 石灰依靠干燥结晶以及碳化作用而硬化，由于空气中的二氧化碳含量低，且碳化后形成的碳酸钙硬壳阻止二氧化碳向内部渗透，也妨碍水分向外蒸发，因而硬化缓慢，硬化后的强度也不高，1：3的石灰砂浆28 d的抗压强度只有～ MPa。在处于潮湿环境时，石灰中的水分不蒸发，二氧化碳也无法渗入，硬化将停止；加上氢氧化钙易溶于水，已硬化的石灰遇水还会溶解溃散。因此，石灰不宜在长期潮湿和受水浸泡的环境中使用。 石灰在硬化过程中，要蒸发掉大量的水分，引起体积显著收缩，易出现干缩裂缝。所以，石灰不宜单独使用，一般要掺人砂、纸筋、麻刀等材料，以减少收缩，增加抗拉强度，并能节约石灰。 石灰具有较强的碱性，在常温下，能与玻璃态的活性氧化硅或活性氧化铝反应，生成有水硬性的产物，产生胶结。因此，石灰还是建筑材料工业中重要的原材料。 (二)石灰的质量要求 石灰中产生胶结性的成分是有效氧化钙和氧化镁，它们的含量是评价石灰质量的主要指标。石灰中的有效氧化钙和氧化镁的含量可以直接测定，也可以通过氧化钙与氧化镁的总量和二氧化碳的含量反映。除了有效氧化钙和氧化镁这一主要指标外，生石灰还有未消化残渣含量的要求；生石灰粉有细度的要求；消石灰粉则还有体积安定性、细度和游离水含量的要求。 国家建材行业标准根据有关指标，将建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉分为优等品和合格品三个等级。但在交通部门，JTJ 034—2000《公路路面基层施工技术规范》仍按原国家标准(GB1594—79)将生石灰和消石灰划分为三个等级。 (三)石灰的应用 石灰在土木工程中应用范围很广，主要用途如下 1．石灰乳和砂浆 消石灰粉或石灰膏掺加大量粉刷。 用石灰膏或消石灰粉可配制石灰砂浆或水泥石灰混合砂浆，用于砌筑或抹灰工程。 2．石灰稳定土 将消石灰粉或生石灰粉掺人各种粉碎或原来松散的土中，经拌合、压实及养护后得到的混合料，称为石灰稳定土。它包括石灰土、石灰稳定砂砾土、石灰碎石土等。石灰稳定土具有一定的强度和耐水性。广泛用作建筑物的基础、地面的垫层及道路的路面基层。 3．硅酸盐制品 以石灰(消石灰粉或生石灰粉)与硅质材料(砂、粉煤灰、火山灰、矿渣等)为主要原料，经过配料、拌合、成型和养护后可制得砖、砌块等各种制品。因内部的胶凝物质主要是水化硅酸钙，所以称为硅酸盐制品，常用的有灰砂砖、粉煤灰砖等。
秀军 ,2 郭丽梅1# 蒋明康1 （1.天津科技大学材料科学与化学工程学院，天津 300222； 2.大庆油田化工有限公司精细化工厂，黑龙江 大庆 163411） 摘要 采用硫酸精制－碱中和－活性白土吸附－过滤的工艺流程处理废齿轮润滑油。酸洗温度40 ℃，98％浓硫酸用量为废油量的6％（质量分数）；碱中和温度80 ℃，中和剂为10％氢氧化钠；吸附条件：活性白土用量为15％（质量分数），温度150 ℃，时间1 h；再生润滑油粘度40 ℃时为128 Mpa•s，80 ℃为 MPa•s，凝点为－33 ℃。同时用废碱处理酸渣，采用阳离子絮凝剂处理废水。
镍冶金渣资源化利用现状分析论文
摘要：镍冶金渣作为重要的二次资源，含有铁、镍、铜等有价金属。随着镍需求量的增大，排放的镍渣也越来越多，若不能得到合理利用，既造成资源浪费，又污染环境。本文对镍冶金渣资源化利用现状进行分析，并讨论了进一步资源化的方向。
关键词：镍冶金渣；资源化；有价金属；建筑材料
随着我国对有色金属需求量增大，每年有色冶金渣的数量不断增长，这些冶炼弃渣由于未得到合理利用，不仅占用大量的土地资源，同时对环境有着潜在的威胁，从而不利于可持续发展，因此有色冶金渣的资源化利用就有着十分重要的意义。中国是世界上镍资源消费最大的国家，每生产1t镍约排除6~16t渣，仅金川集团的镍冶金渣堆存量多达4000万t，每年还新增约200万t[1-3]。镍渣的组成因其矿石种类和冶炼工艺不同而变化较大。以金川镍闪速炉渣的物相组成为例，主要由铁氧化物、硅氧化物、钙和镁的氧化物组成，渣中含有约40%的铁元素，还含有一定数量的有色金属元素镍、铜、钴；铁主要以铁橄榄石形式存在，橄榄石间充填的非晶态玻璃质并且机械夹杂着大颗粒镍硫[4]。镍渣的处理已经成为镍冶炼过程的重要工序，如何正确有效的回收再利用这些二次资源，使得镍冶炼过程顺畅，解决排渣占地和环境污染等问题，成为镍冶金发展循环经济的主要问题。本文对目前镍渣资源化利用进行综述，再利用的主要研究包括：有价金属的提取，用作填充材料，制作微晶玻璃，生产建材等[5-7]。
1、镍渣资源化利用现状
有价金属提取
倪文[8]等利用以焦炭为还原剂的熔融还原法提取闪速炉水淬镍渣中的有价铁，探讨了不同碱度，不同还原温度，不同还原时间对提铁率的影响。结果表明控制100g渣配加、和焦炭，熔融温度为1500℃，还原时间为180min，铁的还原率达。王爽[9]等将镍渣、氧化钙和焦粉制备成含碳球团进行深度还原回收有价金属铁、镍和铜，结果表明碱度对有价金属的回收率有影响，适当提高碱度可以促进金属相生长，改变形态结构有利于后续分离，碱度过高会使金属相中产生杂质，当碱度确定为时，铁、铜、镍的回收率分别为、、；镍渣中的铁经深度还原后以金属铁的形式存在，镍和铜主要与铁以固溶体形式存在。卢雪峰[10]等利用自制小型直流电弧炉对镍渣进行硅钙合金回收，以焦炭和为还原剂，控制镍渣、生石灰及还原剂的比例，可以获得相应的的硅钙合金。肖景波[11]等对镍渣进行铁、镍、镁回收，实验过程将镍渣破碎后的粉末进行酸浸，向酸浸液中加入氧化剂与pH控制剂生成铁沉淀物，分离后与硫酸作用生成硫酸铁溶液，精制后采用氧化沉淀法获得高纯铁沉淀物；沉铁溶液加入硫化物生成硫化镍沉淀，经分离、洗涤、干燥制得镍精矿；提镍溶液加入助剂LN除杂，得到精制硫酸镁溶液与氨水反应制得氢氧化镁产品。
生产充填材料
镍渣被用于井下填充材料技术相对成熟，既解决了镍渣的资源化问题，又可以降低填充成本，减少水泥的消耗，降低水泥生产过程中环境污染。目前水淬渣用作充填材料关键在于对活性渣进行激发，激发方式分为机械激发和化学激发。传统的机械激发采用普通机械球磨进行物理细化，高能球磨可以使矿渣迅速细化，增加比表面积，增大水化反应面提高物料的物理化学活性。镍渣经过高能球磨处理后，抗压强度会显著提高。化学激发利用激发剂与矿渣的化学反应生成具有水硬胶凝性能的物质来提高矿渣的活性，激发剂多采用硫酸盐类、碳酸盐类等。杨志强[12]等采用机械活化和化学活化两种方式进行实验研究。
结果表明，机械活化镍渣、脱硫石膏、电石渣、水泥熟料的最佳比表面积分别为620，200，200，300m2/kg，化学活化以脱硫石膏和电石渣为主，硫酸钠和水泥熟料为辅，前两者比例相同各占总量5%时，镍渣充填体强度最高；加入3%的硫酸钠和2%的水泥熟料可以提高激发效果；外加的PC高效减水剂，配置胶砂比为1∶4，料浆浓度为79%的充填浆料完全满足矿山对充填体的强度要求，可以替代水泥应用于金川矿山交接充填采矿。高术杰[13]等利用水淬二次镍渣制备矿山充填材料，利用脱硫石膏和电石渣等物质激发生成大量水化产物，产生较高充填强度。并且水淬镍渣充填料的'流动度好于水泥充填料的流动度。结果表明，脱硫膏与电石渣比为1∶1混合再与少量硫酸钠及水泥熟料配置复合激发剂，具有较好地激发效果。
制作高附加值玻璃
微晶玻璃和泡沫玻璃均数高附加值玻璃，微晶玻璃具有玻璃和陶瓷的双重特性，比陶瓷亮度高，比玻璃韧性强。泡沫玻璃具有不燃烧、不变形、热学性能稳定、力学强度较高且易加工的优点。王亚利[14]等对镍渣熔融炼铁剩余熔渣制备微晶玻璃进行了研究。提铁二次渣经过均化→澄清→浇注→晶化→退火→研磨→抛光制备出符合建筑装饰国家标准的微晶玻璃，确定了最优原料比。冯桢哲[15]等以镍渣和废玻璃为主要原料，添加碳酸钠作为发泡剂，烧制出泡沫玻璃。探讨了碳酸钠添加量、发泡温度、保温时间对泡沫玻璃质量的影响，结果表明，主要原料镍渣和废玻璃分别为20%和80%，外加5%~7%的碳酸钠发泡剂、2%的硼酸为稳泡剂和2%的硼砂为助溶剂，在870℃下恒温1h，可以制备出总气孔率为，抗折强度高达的镍渣基泡沫玻璃。
生产建材
镍渣的主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3，利用镍渣生产硅酸盐水泥可以部分替代黏土和铁粉，减少能源消耗。镍渣中存在的少量镍、铜、钴等元素对降低熟料的液相最低共熔点和黏度有积极的作用，可以改善其易烧性，有利于熟料矿物的形成。吴阳[16]等用镍渣替代铁粉制备道路硅酸盐水泥，通过合理配料制备出以C3S，C2S和C4AF为主要矿物的道路硅酸盐水泥熟料，其强度、矿物组成、安全性等性能符合国标要求；最佳条件为镍渣掺杂量（质量分数）10%，煅烧温度1370℃。王顺祥[17]等探讨了镍渣不同细度和不同掺杂量对硅酸盐水泥水化特性的影响。结果表明，随着镍渣的掺量增加，使得水泥浆体凝结时间延长，水化反应放热减少，硬化水泥砂浆的抗压强度、抗折强度讲师；相反，随着镍渣细度的提高可以改善上述影响，并且有利于硬化水泥浆体的结构致密化。镍渣作为混凝土掺合料和集料使用，能够提高混凝土的强度，并且镍渣结构致密且金属含量较高，含有大量的橄榄石，使得镍渣硬度高，从而使掺入镍渣后的混凝土耐磨度提高。李浩[18]等研究了镍渣砂掺量对混凝土耐磨性的影响，当镍渣粉、粉煤灰、镍渣砂同时掺入混凝土中，掺量分别为10%、10%、40%时，混凝土的耐磨性最好。丁天庭[19]等基于镍渣的掺量对混凝土的抗压强度影响进行研究，当镍渣掺量为20%时，混凝土的抗压强度最大，当镍渣掺量为50%时，混凝土的抗压强度最小。
2、发展趋势
资源利用率低，资源紧缺，产业结构不合理成为制约我国经济社会发展的战略问题。结合我国目前矿产资源现状来看，镍渣中含有的主体金属是铁，应该以提铁为主进行资源化利用，不但可以缓解我国铁矿石资源压力，而且有利于可持续发展，又可增加企业效益。提铁后的二次渣还可以用来制备微晶玻璃，充填材料等建筑材料，镍渣资源得到充分利用。
3、结语
镍渣作为重要的二次资源，含有铁、镍、钴、铜等有价元素，单纯提取有价金属经济性有限，并且存在二次渣的废弃问题；单纯做非金属资源处理造成对有价金属元素的浪费；因此，将有价金属提取后的二次渣进行非金属资源处理更有利于达到镍渣的高效化和生态化利用。
参考文献
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砷化镓器件模型研究现状论文
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论新能源发电技术
摘要：本文从全球能源的现状，介绍了中国能源发电技术的应用情况，发现中国新能源发电对现代化建设具有重要战略意义。进一步介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统两种新能源发电技术。风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，也是近期发展的重点。燃料电池是一种将化学能直接转换成电能的装置，它能量转化效率高，几乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物。
关键词：新能源;风能;燃料电池;发电技术
中图分类号： F206 文献标识码： A
能源紧缺已成为制约各国经济发展的瓶颈，如何开发先进安全的新能源使用技术、如何提高能源利用率也随之成为世界各国关心的课题。欧盟就首先提出了20-20-20计划：到2020 年，可再生能源占欧盟总能源消耗的20%。2007年12月，美国前总统布什也签署了《能源独立和安全法案》(EISA)，从而大力推动新能源的使用和节能计划。另外，从环境的角度来看，为了保护人们赖以生存的地球，开发新能源也是必由之路。
一、我国能源和发电技术的现状
2011年，我国新能源发电继续保持快速发展态势，并网装机容量持续增长，发电量不断增加。截至2011年底，我国新能源安装容量达到7000万kW，居世界首位，并网新能源装机容量达到5409万kW，同比增长，约占全部发电装机容量的。其中，风电并网容量约占并网新能源装机总量的;并网太阳能光伏装机容量约占并网新能源装机总量的;生物质及其他新能源发电装机容量约占并网新能源装机总量的。
2011年，我国新能源发电量约为1016亿kW?h，同比增长，约占全部发电量的。其中，风电发电量约占新能源发电总量的;太阳能光伏发电约占;生物质及其他新能源发电约占。2011年我国新能源发电量按发电煤耗320g/(kW?h)计算，相当于节约3241万tce，减排二氧化碳9030万t。
电能是国民生活和生产的根基，无论是从能源角度，还是电力系统自身方面来看，研究新能源发电技术对于我国的现代化建设和人民生活都具有相当大的现实意义和战略意义。
二、风力发电技术
风能资源主要包括陆地资源与近海离岸资源两部分。风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，也是目前新能源发展的重点方向。
1.发展现状
近年来，我国风力发电产业取得了长足发展，这与我国的风能资源丰富密不可分。据有关资料显示，陆地上离地面10米高度处，我国风能资源理论储量约为43亿千瓦，技术可开发量约为3亿千瓦，离地面50米，估计可能增大一倍;近海资源10米高经济可开发量约亿千瓦，50米高约15亿千瓦。从我国联网风电场总装机量来说，到2006 年底，我国已建成约91个风电场，装机总容量达到约260万千瓦，比2005年新增装机134万千瓦，增长率为105%。根据国家中长期规划，2015年风能发电要达到1500万千瓦，2020年要达到3000万千瓦。但是，与风电发达国家相比，我国的发展规模还很小，发展速度也较缓慢。制约我国风电发展的重要因素包括技术和制度两个方面。技术方面，风电机组的制造水平较低，风电机组性能测试设备和技术也相对落后，并缺少相应的认证机构;制度方面，风电场的运行维护水平和制度与国外风电场及国内火电生产相比有明显差距，缺乏对运行过程中出现的问题和故障的详细记录、分析。
2.对电力系统的影响
风力发电机是以风作为原动力，风的随机波动性和间歇性决定了风力发电机的电能输出也是波动和间歇的。所以，风电场的大规模接入将会带来波动功率，从而加重电网负担，影响电网供电质量和电网稳定性等。
(1)对电能质量的影响。空气气流运动导致的风速波动周期一般为几秒到几分钟，这种短周期的风速波动以及风电机组本身的运行特性可能影响电网的电能质量。首先会对频率产生影响：风力发电有功功率波动引起电磁功率的波动，由于发电机组转子惯性，调节系统很难跟上电磁功率的瞬时变化，造成功率不平衡，使发电机转速变化，系统频率也将改变。此外，风电还会对电压产生影响：并网风电机组输出功率的波动导致电压的波动，而其输出功率的频率范围正处于电压闪变的范围之内(25Hz)，因此又会造成电压闪变，最后会产生谐波电压和谐波电流。
(2)对电网稳定性的影响。对较为薄弱的电网，风电功率波动将导致瞬间电压跌落以及风力发电机的频繁掉线。在故障清除之后，发电机的磁化和转差率的增加会消耗大量无功，导致电网电压恢复困难。
(3)对调频调峰能力的影响。气流长时间、季节性运动导致的风速波动周期一般为数小时，甚至数天、数月，这种长周期的风速波动会增加现有电网调频调峰的负担。负荷曲线的低谷期常常对应了风电出力的高峰期，风电场的并网发电使电网的等效负荷峰谷差增大，大大增加了电网调频调峰负担。
三、太阳能光伏电池发电技术
1. 1 太阳能光伏电池
太阳能光伏电池发电也简称为太阳能光伏发电，被认为是未来世界上发展最快和最有前途的一种可再生新能源技术。太阳能光伏电池的基本原理是利用半导体的“光生伏打效应”( 光伏效应) 将太阳的光能直接转换成电能。能利用光伏效应产生电能的物质，称为光伏材料。利用光伏效应将太阳能直接转换成电能的器件叫太阳能光伏电池或光伏电池。光伏电池是太阳能光伏发电的核心组件。
1839 年，法国物理学家贝克勒尔 ( Edmond Bec-qurel) 发现: 将两片金属浸入电解液中所构成的伏打电池，当接收到太阳光照射时电压升高，他在所发表的论文中把这种现象称为“光生伏打效应( PhotovohaicEffect) ”。“光生伏打效应”是不均匀半导体或半导体与金属混合材料在光照作用下，其内部可以传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，因而在不同部位之间产生电位差的现象。1941 年，奥尔在硅材料上发现了光伏效应，从而奠定了半导体硅在太阳能光伏发电中广泛应用的基础。1954 年，美国贝尔实验室的科学家恰宾( Darryl Chapin) 和皮尔松( Gerald Pearson) 研制成功世界上第一个实用的单晶硅光伏电池。同年，韦克尔发现砷化镓具有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成世界上第一块薄膜光伏电池。我国2010 年 12 月投入运行的大丰 20 MW 光伏电站，是目前全国最大的薄膜光伏电站，年发电量2 300 万 kW·h。
太阳能光伏电池的工作原理如图 1 所示。
在半导体中掺加杂质制成 PN 结，以形成在平衡状态时具有的内建电场，在该内建电场的作用下分离由外界激发而生成的过剩载流子，从而形成外部电压。在光照条件下，半导体中的电子吸收光子能量从价带跃入导带，形成电子———空穴对，成为载流子。生成载流子所需要的最低能量是半导体的禁带宽度 Eg，使用禁带宽度较小的材料制作的太阳能电池可以形成较大的电流。
基于单晶硅的第一代光伏电池是目前太阳能光伏电池市场的主流，其光电转换率已达 24. 7%; 基于薄膜技术的第二代光伏电池的光电转换效率已达到16. 5% ～ 18. 8% 。由于薄膜光伏电池大大减少了半导体材料的消耗，因此具有很好的发展前景。应该指出，光伏电池在光电转换过程中，光伏材料既不发生任何化学变化，也不产生任何机械磨损，因此太阳能光伏电池是一种无噪音、无气味、无污染的理想清洁能源。2006 年，我国太阳能电池生产总量首次达到400 MW，从而超过美国成为全球第三大生产国，也是世界上发展最快的国家。
1. 2 太阳能光伏电站
太阳能光伏电站是将若干个光伏转换器件即光伏电池封装成光伏电池组件，再根据需要将若干个组件组合成一定功率的光伏阵列，并与储能、测量、控制装置相配套，构成太阳能光伏电站。
太阳能光伏电池具有很大的灵活性，不仅可以用其建设零星规格的电站，而且可以组成应用于小型、分散电力用户的太阳能光伏发电系统。这种独立运行的太阳能光伏发电系统称之为离网型太阳能光伏发电系统。
由于受昼夜日照变化及天气的影响，离网型光伏发电系统通常需要和其他电源形式联合使用，比如柴油发电机组以及蓄电池组，从而增大了电站的投资和维护费用。离网型光伏发电系统往往建在距离电网较远的偏远山区及荒漠地带，向独立的区域用户供电。西藏措勒 20 kW 光伏电站是我国建设较早的离网型光伏电站，总投资 290 万元，1994 年 12 月正式投产发电。
离网型太阳能光伏电站系统如图 2 所示。
电站的发电系统由太阳能光伏电池方阵、蓄电池组、直流控制器、直流 - 交流逆变器、交流配电柜和备用电源系统( 包括柴油发电机组和整流充电柜) 等组成。其工作原理为太阳能光伏电池方阵经过直流控制柜向蓄电池组供电，并根据需要整定蓄电池组的上限和下限电压，由直流控制柜自动控制充电。蓄电池组通过直流控制柜向直流 - 交流逆变器供电，经逆变器将直流电变换成三相交流电，再通过交流配电柜以三相四线制向用户供电。当蓄电池组的电压下降到下限电压时，为不造成蓄电池组的过渡放电，直流控制柜将自动切除其输出电路，使直流 - 交流逆变器停止工作。柴油发电机组为电站的备用电源，必要时由备用电源通过整流充电柜向蓄电池组充电，或在光伏发电系统出现故障及停运时直接通过交流配电柜向用户供电。直流 - 交流逆变器和柴油发电机组不能同时向用户供电，为此必须在交流配电柜中设置互锁装置以保证供电电源的唯一性。
当太阳能光伏电站的容量达到一定规模时，还可与电网相联，即所谓的并网型光伏电站。这时，如果本地负荷不足，则可将多余的电能输送给电网。当本地太阳能发电量不足时，则由电网向用户提供电能。因此，并网型光伏电站可以不需要使用蓄能装置，减少系统投资和维护费用。同时由于与电网的互济，提高了发电设备的利用率和供电用电的安全可靠性，是大规模开发太阳能发电技术的必然趋势。我国第一座并网型光伏电站是 2006 年建成投运的西藏羊八井可再生能源基地 100 kW 高压并网光伏电站。2010 年底全国首个光伏并网发电项目敦煌 2 ×10 MW 光伏发电项目建成投产。
四、结论与展望
本文从全球和我国的能源现状出发，分析说明了新能源发电技术是当前迫切而有实际价值的研究课题，进而具体介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统的特点以及我国在这两个方面的发展现状。新能源不仅仅指风能和燃料电池，还包括生物质能、海洋能、地热能和光伏电池等。我国乃至全世界的新能源发电技术发展的潜力都是巨大的。在人类明天的舞台上，新能源将取代化石燃料，扮演重要的角色。
参考文献：
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半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器，60年代早期，很多小组竞相进行这方面的研究。在理论分析方面，以莫斯科列别捷夫物理研究所的尼古拉·巴索夫的工作最为杰出。在1962年7月召开的固体器件研究国际会议上，美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（Keyes）和奎斯特（Quist）报告了砷化镓材料的光发射现象，这引起通用电气研究实验室工程师哈尔（Hall）的极大兴趣，在会后回家的火车上他写下了有关数据。回到家后，哈尔立即制定了研制半导体激光器的计划，并与其他研究人员一道，经数周奋斗，他们的计划获得成功。像晶体二极管一样，半导体激光器也以材料的p-n结特性为敞弗搬煌植号邦铜鲍扩基础，且外观亦与前者类似，因此，半导体激光器常被称为二极管激光器或激光二极管。早期的激光二极管有很多实际限制，例如，只能在77K低温下以微秒脉冲工作，过了8年多时间，才由贝尔实验室和列宁格勒（现在的圣彼得堡）约飞（Ioffe）物理研究所制造出能在室温下工作的连续器件。而足够可靠的半导体激光器则直到70年代中期才出现。半导体激光器体积非常小，最小的只有米粒那样大。工作波长依赖于激光材料，一般为～微米，由于多种应用的需要，更短波长的器件在发展中。据报导，以Ⅱ～Ⅳ价元素的化合物，如ZnSe为工作物质的激光器，低温下已得到微米的输出，而波长～微米的室温连续器件输出功率已达10毫瓦以上。但迄今尚未实现商品化。光纤通信是半导体激光可预见的最重要的应用领域，一方面是世界范围的远距离海底光纤通信，另一方面则是各种地区网。后者包括高速计算机网、航空电子系统、卫生通讯网、高清晰度闭路电视网等。但就目前而言，激光唱机是这类器件的最大市场。其他应用包括高速打印、自由空间光通信、固体激光泵浦源、激光指示，及各种医疗应用等。晶体管利用一种称为半导体的材料的特殊性能。电流由运动的电子承载。普通的金属，如铜是电的好导体，因为它们的电子没有紧密的和原子核相连，很容易被一个正电荷吸引。其它的物体，例如橡胶，是绝缘体 --电的不良导体--因为它们的电子不能自由运动。半导体，正如它们的名字暗示的那样，处于两者之间，它们通常情况下象绝缘体，但是在某种条件下会导电。
氧化锌半导体研究现状论文
半导体材料：氧化锌半导瓷 化学式：ZnO 基本概况：ZnO(氧化锌)是一种新型的化合物半导体材料Ⅱ一Ⅵ宽禁带(E =3．37eV)。在常温常压下其是一种非常典型的直接宽禁半导体材料，稳定相是六方纤锌矿结构，其禁带宽度所对应紫外光波长，有希望能够开发出蓝绿光、蓝光、紫外光等等多种发光器件。氧化锌的能带隙和激子束缚能较大，透明度高，有优异的常温发光性能，在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。此外，微颗粒的氧化锌作为一种纳米材料也开始在相关领域发挥作用。 晶体数据：针状体根部直径 (µm) ～10 比热 (J/g·k) 耐热性能 (℃) 1720(升华） 真实密度 (g/cm3) 表观密度 (g/cm3) ～ 粉体电阻率 (Ω·cm) 104～109 介电常数 (实部) ～30 介电常数 (虚部) 20～135 拉伸强度 (MPa) ×104 弹性模量 (MPa) ×105 热膨胀率 (％/℃) 4×106 氧化锌空间结构 电镜下的氧化锌半导体材料 制备方法：纯氧化锌是煅烧锌矿石或在空气中燃烧锌条而得。氧化锌结晶是六角晶系，晶格常数α=×10-10m，c=×10-10m。室温下满足化学计量比关系的氧化锌晶体或多晶体中导电载流子极少，具有绝缘体的性能。在空气中经高温处理后，将会因氧的过剩或不足而成为偏离化学计量比关系的不完整晶体，即含有氧缺位或氧填隙锌的非化学计量比结晶，使自由电子或空穴大大增多，氧化锌由白色绝缘体变成青黑色半导体。当在氧化锌中加入适量的其他氧化物或盐类,如Bi2O3、Sb2O3、Co2O3、MnO、Cr2O3、Al2O3或Al(NO3)2等作为添加剂，按一般的陶瓷工艺成型烧结，可以制得氧化锌半导瓷。理论模型:六方纤锌矿结构是理想的氧化锌，对称性C6v-4、属于P63mc空间群，品格常数C=O．521 nm，Y=120 ，a=b=O．325 nm，α=β= 90。。其中c／a较理想的六角柱紧堆积结构的1．633稍小为1．602。其它方向的氧ZnO键长为O．197 nm，只有c轴方向为0．199 nm，其晶胞由锌的六角密堆积与氧的六角密堆积反向套够而成。本文所有的及孙模型都是以超晶胞为基础的模型。我们可以看出，在氧化锌中的配位体是一个三角锥，锥顶原子和中心原子的键长与锥面三个原子的键长相比要稍大，其棱长小于底面边长。所以，ZnO 四面体为晶体中02-一配位多面体，O2-与Zn 配位情况基本相同。 计算结果：利用实验晶格参数对理想的ZnO晶体的电子结构进行了计算。其中包括总体态密度，能带结构，分波态密度。图3，图4，图5为计算结果。用其他理论方法计算的结果与本文计算结果相符合。我们可以从图3，图4，图5中看出，基本上，ZnO的价带可分为两个区域，分别是-4．0～0 eV的上价带区以及一6．0～L4．0 eV的下价带。很显然，ZnO下价带区则主要是Zn3d态贡献的，而上价带区则主要是由02p态形成的。在一18 eV处由02s态贡献的价带部分，与其他两个价带由于之间的相互作用相对较弱，本文不做相关讨论。对于主要来源干Zn4s态贡献的导带部分，从Zn4s态到02p态电子具有明显的跃迁过程，氧位置处的局域态密度的引力中心受到影响向低能级方向移动，这就表明了，理想ZnO是一个共价键较弱，离子性较强的混合键金属氧化物半导体材料。组成：这种半导瓷由半导电的氧化锌晶粒及添加剂成分构成的晶粒间层所组成，其理想结构模型如图。由于每一个氧化锌晶粒和晶粒间层之间都能形成一个接触区，具有一般半导体接触的单向导电性，所以两个晶粒间存在两个相反位置的整流结，一块氧化锌半导瓷片是大量相反放置的整流结组的堆积。 图6：氧化锌半导瓷空间结构氧化锌半导瓷的伏安特性：当外加电压于这种材料时，低电压下，由于反偏整流结的阻挡作用，材料呈高阻状态，具有绝缘性能。当电压高达一定值时，整流结发生击穿，材料电阻率迅速下降，成为导电材料，可以通过相当大密度的电流。图7：氧化锌半导体瓷的伏安特性 作用：氧化锌半导瓷的非线性电压电流关系。利用这种对称的非线性伏安特性可以制成各种电压限幅器、能量吸收装置等，如电力系统的过电压保护装置，特别是由于这类材料低电压下的电阻率高，因而在长期工作电压下漏电流小、发热小，可以做成不带火花间隙的高压避雷器；而高电压下电阻低、残压小，能把过电压限制在更低的水平上，使电网和电工设备的绝缘水平有可能降低，特别是在超高压电网，这一点更为重要。拓展：稀磁半导体材料（Diluted magnetic semiconductors，DMS）稀释磁性半导体简称稀磁半导体(Diluted Magneticsemi Conductors,DMS),是利用3d族过渡金属或4f族稀土金属的磁性离子替代Ⅱ2Ⅵ族、Ⅳ2Ⅵ族、Ⅱ2Ⅴ族或Ⅲ2Ⅴ族等化合物半导体中的部分非磁性阳离子而形成的新型半导体材料,又可称为半磁半导体(Semi Magnetic Semi Conductors,SMSC)材料或半导体自旋电子材料。之所以称为稀磁半导体是由于相对于普通的磁性材料,其磁性元素的含量较少。这类材料由于阳离子替代而存在局域磁性顺磁离子,具有很强的局域自旋磁矩。局域顺磁离子与迁移载流子(电子或空穴)之间的自旋2自旋相互作用结果产生一种新的交换相互作用,使得稀磁半导体具有很多与普通半导体截然不同的特殊性质,如磁性、显著的磁光效应和磁输运性质。稀磁半导体能利用电子的电荷特性和自旋特性,即兼具半导体材料和磁性材料的双重特性。它将半导体的信息处理与磁性材料的信息存储功能、半导体材料的优点和磁性材料的非易失性两者融合在一起,这种材料研制成功将是材料领域的革命性进展。同时,稀磁半导体在磁性物理学和半导体物理学之间架起了一道桥梁。ZnO作为一种宽带隙半导体,激子束缚能较高(60meV),具有温度稳定性好、光透过率高、化学性能稳定,原料丰富易得、价格低廉等优点,并且过渡金属离子易于掺杂,可制备性能良好的稀磁半导体,因而成为目前稀磁半导体材料的研究热点。 国内研究以及原理：近年来，由于1i掺杂的Zn()材料可能同时具有铁电性和铁磁性，国内很多研究者都对它进行了研究。南京大学的宋海岸等制备了Ni、I』i共掺的ZnO薄膜，发现由于Li掺杂引入了空穴，使铁磁性减弱 ]。北京航空航天大学的李建军等制备了I Co共掺的ZnO纳米颗粒，实验发现，当掺杂浓度少于9 时体系的铁磁性会增强，其原因是掺入后形成了填隙原子，电子浓度明显增加，使得束缚磁极子浓度增加，且磁极子之间容易发生重叠，最终导致铁磁耦合作用增强。武汉大学的C W Zou等制备了Mn、Li共掺杂的ZnO薄膜，研究了不同Mn掺杂浓度的ZnO样品。但这些研究中对Li、Mn共掺杂ZnO陶瓷的磁性研究并不常见。 应用现状与前景展望(1)改变组分获得所需的光谱效应通过改变磁性离子的浓度可得到所需要的带隙,从而获得相应的光谱效应。由于其响应波长可覆盖从紫外线到远红外线的宽范围波段,这种DMS是制备光电器件、光探测器和磁光器件的理想材料。在Ⅲ2Ⅴ族宽带隙稀磁半导体GaN中掺入不同的稀土磁性元素可发出从可见光到红外的不同波长的光,加上GaN本身可发紫外光,因此掺稀土GaN材料可发出从紫外到红外波段的光,如在GaN中掺Er可发绿光,而掺Pr可发红光等。1994年Wilson等[24]在掺Er的GaN薄膜中首次观察到μm的红外光荧光。1998年Steckl等采用Er原位掺杂方法首次获得绿光发射[25],掺Er的GaN的另一个重要特性是其温度猝灭效应很弱,这对于制备室温发光器件非常重要。后来红光和蓝光器件相继研制成功,这些都可以作为光通信和光电集成的光源。(2)sp2d交换作用的应用利用DMS的巨法拉第旋转效应可制备非倒易光学器件,也可用于制备光调谐器、光开关和传感器件。DMS的磁光效应为光电子技术开辟了新的途径。利用其磁性离子和截流子自旋交换作用(sp2d作用)所引起的巨g因子效应,可制备一系列具有特殊性质的稀磁半导体超晶格和量子阱器件。这种量子阱和超晶格不仅具有普通量子阱和超晶格的电学、光学性质,而且还具有稀磁半导体的磁效应,因此器件具有很多潜在的应用价值。利用磁性和半导体性实现自旋的注入与输运,可造出新型的自旋电子器件,如自旋过滤器和自旋电子基发光二极管等。(3)深入研究自旋电子学,推动DMS的实用化自旋电子学是目前固体物理和电子学中的一个热点,其核心内容是利用和控制固体,尤其是半导体中的自旋自由度。近年来以稀磁半导体为代表的自旋电子学的研究相当活跃,各国科研机构和各大公司都投入了巨大财力和人力从事此领域的研究。利用具有磁性或自旋相关性质的DMS基材料可制出一类新型器件———既利用电子、空穴的电荷也利用它们的自旋。这些新材料和人造纳米结构,包括异质结构(HS)、量子阱(QW)和颗粒结构一直是一些新型功能的“沃土”———与自旋相关的输运、磁阻效应和磁光效应。自旋电子学可用于计算机的硬驱动,在计算机存储器中极具潜力。在高密度非易失性存储器、磁感应器和半导体电路的集成电路、光隔离器件和半导体激光器集成电路以及量子计算机等领域,DMS材料均有重大的潜在应用。但上述以稀磁半导体为基础的自旋电子器件的研制尚处于起步阶段,距实用化还有很长的路程。自旋电子学与自旋电子学器件研究的深入,将加深DMS机理的研究和理论的探索,推动DMS的实用化过程。(4)室温DMS的研究为了应用方便,需要开发高居里温度(Tc)的DMS材料(高于室温)。室温下具有磁性为磁性半导体的应用提供了可能。扩展更多的掺杂磁性元素或生长更多种类材料来提高DMS材料的居里温度是当前的首要问题。近来Hori等成功掺入5%Mn在GaN中,获得了高于室温的Tc;报道表明(Zn,Co)O的居里温度可达到290～380K[26]。Dietl等[6]采用Zener模型对闪锌矿结构的磁半导体计算表明,GaMnN和ZnMnO具有高达室温的居里温度,该计算结果对实验研究提供了很好的理论依据。但是,如何将磁性和半导体属性有机地结合起来仍然是值得进一步研究的问题。
中国又创造一个奇迹，可满足全人类用电需求，美国：中国人真疯狂