大香网伊人久久综合网2021,1024你懂的在线播放欧日韩,亚洲综合偷自成人网第页色,免费a视频

化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域Top10熱點前沿中排名第一的新材料

2020-12-23 14:07  來源:《中國科學(xué)報》  瀏覽:  

最近,化學(xué)圈、材料圈和物理圈都在關(guān)注一則消息:在近日公布的《2020研究前沿》報告(以下簡稱報告)中,核心論文篇數(shù)和被引頻次這兩項指標(biāo)并不突出的無鉛儲能陶瓷,竟然在化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域Top10熱點前沿中排名第一。

無鉛儲能陶瓷如此出眾,受訪專家并不意外,他們均提到“環(huán)保”和“能源”這兩個關(guān)鍵詞。

“無鉛”相對的就是“含鉛”。作為有毒的重金屬,鉛對人體及環(huán)境的影響已廣為人知。儲能陶瓷一般含有鉛元素,如鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛等,其中100克鈦酸鉛中鉛含量高達(dá)68克。

由于愈發(fā)嚴(yán)格的環(huán)保要求以及能源行業(yè)轉(zhuǎn)型的需要,“含鉛”變“無鉛”成為儲能陶瓷領(lǐng)域新的研究方向。

“小眾”無鉛儲能陶瓷憑借其“新”,逐漸走向大眾,但這僅是讓更多人了解無鉛儲能陶瓷,距離真正走進(jìn)生活還須時日。

從能源“大熱”說起

上述報告由中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報中心和科睿唯安聯(lián)合發(fā)布。根據(jù)報告,無鉛儲能陶瓷在化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域Top10熱點前沿中,核心論文篇數(shù)僅有33篇,排名第六;被引頻次2130次,更是排在倒數(shù)第一。但無鉛儲能陶瓷領(lǐng)域核心論文的平均出版日期最近,為2017年9月。

相關(guān)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),無鉛儲能陶瓷領(lǐng)域最早論文發(fā)表時間在1997年前后,起初只有10篇左右;到2010年,發(fā)表量也未過百。無鉛儲能陶瓷研究熱潮從2014年開始,一直熱度不減。

上述結(jié)果得到了西南大學(xué)材料與能源學(xué)院教授劉崗的肯定,他及其團(tuán)隊在統(tǒng)計相關(guān)論文時,也得到類似的結(jié)論。“近五年來,無鉛儲能陶瓷的論文發(fā)表量雖然不是直線上升,但一直呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢。”劉崗表示。

巧合的是,2014年后也是能源領(lǐng)域論文增長的階段。

于是,有分析認(rèn)為,無鉛儲能陶瓷方向之所以“熱”,并不是學(xué)科研究方向發(fā)展的自我突破,而是在整個能源大背景下的“再發(fā)掘”。原因在于,早期對無鉛儲能陶瓷的研究集中在介電過程,而沒有將其同更綠色的能源應(yīng)用關(guān)聯(lián)到一起。

“可再生能源的間歇性特點限制了其利用。解決這一問題的關(guān)鍵是,將可再生能源轉(zhuǎn)化為電能存儲在裝置里。”安徽大學(xué)物理與材料科學(xué)學(xué)院教授汪春昌介紹道。

目前電能儲存裝置主要有化學(xué)儲能裝置,即電池和固體燃料電池;電化學(xué)電容器;介電儲能電容器。“介電儲能電容器各項指標(biāo)相對更優(yōu)。”汪春昌綜合分析發(fā)現(xiàn),如果能提高介電儲能電容器儲能密度,則可減小儲能裝置的體積,使得其在小型化、集成化的電路系統(tǒng)中的應(yīng)用更加廣泛,甚至有可能超過化學(xué)儲能裝置和電化學(xué)超級電容器在儲能裝置中的應(yīng)用水平。

儲能陶瓷正是介電儲能電容器所使用的重要材料,其具有較大的介電常數(shù)、較低的介電損耗、適中的擊穿電場、較好的溫度穩(wěn)定性、良好的抗疲勞性能等優(yōu)點,在耐高溫介電脈沖功率系統(tǒng)上有應(yīng)用前景。

然而,目前儲能性能優(yōu)異的儲能陶瓷一般含有鉛元素。

去年7月1日,歐盟修訂的《關(guān)于限制在電子電器設(shè)備中使用某些有害成分的指令》有關(guān)鉛的豁免條例正式實施。其中,條例明確指出電子電氣器件的玻璃或陶瓷(電容中介電陶瓷除外)中的鉛,以及玻璃或陶瓷復(fù)合材料中的鉛的豁免最長至2024年。

“上述條例對儲能陶瓷器件還沒有明確的規(guī)定。”中國礦業(yè)大學(xué)材料與物理學(xué)院副教授蔡子明在接受《中國科學(xué)報》采訪時表示,“從環(huán)保的角度而言,開發(fā)高性能無鉛儲能陶瓷是十分迫切的。”

儲能密度和效率要兼顧

無鉛儲能陶瓷由于具有高功率密度和快速充放電能力,其主要應(yīng)用領(lǐng)域是功率變換和脈沖功率系統(tǒng)。但專家也表示,含鉛陶瓷的優(yōu)異性能目前還難以在無鉛陶瓷體系中實現(xiàn)。

就弛豫鐵電體而言,景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授沈宗洋告訴《中國科學(xué)報》,近年來弛豫鐵電體作為儲能電容器的研究越來越深入,報道的儲能密度和效率均很高,但其并沒有反鐵電的場致鐵電轉(zhuǎn)變特征。

在他看來,最可行的方法是用無鉛的反鐵電陶瓷替代含鉛的反鐵電陶瓷。

“考核”儲能陶瓷的兩個關(guān)鍵指標(biāo)為儲能密度和儲能效率,兩者無法分開已成為業(yè)界共識。

就目前的研究來看,儲能密度依然被當(dāng)作基礎(chǔ)和核心,在保證高儲能密度的基礎(chǔ)上,通過成分改性或結(jié)構(gòu)改性等手段來提高儲能效率。“如果從應(yīng)用角度來看,需要對儲能效率給予更多關(guān)注。”劉崗告訴記者。

蔡子明表示,無鉛弛豫反鐵電體系的研究,為無鉛儲能陶瓷的研究打開了新的思路。

據(jù)了解,李飛課題組的研究就屬于這一種。該課題組報道的NBT-SBT弛豫反鐵電陶瓷體系,兼具高極化強(qiáng)度、高擊穿場強(qiáng)和高儲能效率,是最有希望商用的無鉛儲能陶瓷體系之一。

但當(dāng)前無鉛的弛豫反鐵電陶瓷體系報道較少,緣于將反鐵電陶瓷調(diào)控為弛豫反鐵電陶瓷具有一定的難度。

除此之外,基于高性能的無鉛儲能陶瓷體系,制備出多層陶瓷電容器(MLCC)是當(dāng)前研究的最大熱點。蔡子明告訴《中國科學(xué)報》,考慮到成本,開發(fā)高性能抗還原無鉛儲能陶瓷體系具有重要意義。

學(xué)科融合促發(fā)展

無鉛儲能陶瓷原本屬于凝聚態(tài)物理范疇,但因為涉及到“材料+能源”,這一領(lǐng)域被看成是化學(xué)、材料和物理之間契合點的產(chǎn)物。

“對于無鉛儲能陶瓷的研究,亟須不同背景的研究者深入交流,為高性能無鉛儲能陶瓷的研究和應(yīng)用提供更多新的解決方案。”蔡子明說。

“無鉛儲能陶瓷的研究是材料、物理與化學(xué)的強(qiáng)交叉。”蔡子明向記者進(jìn)一步解釋道,材料學(xué)是無鉛儲能陶瓷研究的基礎(chǔ),對于無鉛陶瓷材料的宏觀組成、晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、電疇形貌等的研究均是材料學(xué)中的重要方法。

對于無鉛陶瓷介電常數(shù)和介電損耗以及極化電場響應(yīng)對溫度或頻率的變化等內(nèi)容的理解,都需要以電介質(zhì)物理或鐵電介電物理為基礎(chǔ)。而對于無鉛儲能陶瓷的制備,無論是固相法還是化學(xué)法等,都離不開化學(xué)學(xué)科。

就目前而言,無鉛儲能陶瓷仍為“小眾”,大部分研究人員來自于傳統(tǒng)的電子陶瓷類研究機(jī)構(gòu),一些物理和化學(xué)類頗有名氣的機(jī)構(gòu)較少涉足這一領(lǐng)域。

劉崗在英國伯明翰大學(xué)攻讀博士學(xué)位時,主攻研究方向是陶瓷成型工藝。2013年回國后,基于西南大學(xué)的研究特色,特別是關(guān)注到專家學(xué)者主持的相關(guān)國家項目后,劉崗開始轉(zhuǎn)向功能陶瓷方向,關(guān)注無鉛儲能陶瓷。

劉崗向《中國科學(xué)報》介紹,他們團(tuán)隊分別從鈦酸鋇基和鐵酸鉍基無鉛儲能陶瓷體系出發(fā),近期已陸續(xù)取得了一些重要進(jìn)展。

隨著國家的重視及越來越多研究人員的進(jìn)入,中國在無鉛儲能陶瓷方向的研究水平越來越高。“目前國內(nèi)對無鉛儲能陶瓷的研究手段更加豐富,研究范圍更加全面。”蔡子明說。

而這一點也在與報告同時發(fā)布的《2020研究前沿?zé)岫戎笖?shù)》(以下簡稱《指數(shù)》)上得到印證。根據(jù)《指數(shù)》,在化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域,中國的研究前沿?zé)岫戎笖?shù)得分為39.49分,是美國的2.7倍,排名第一,具有明顯的前沿研究活躍度比較優(yōu)勢。

其中,中國在無鉛儲能陶瓷研究熱度指數(shù)得分為3.11,排名第二的美國僅為0.59。

但劉崗強(qiáng)調(diào),只有不同學(xué)科深度融合,才能源源不斷地產(chǎn)出創(chuàng)新性成果,進(jìn)而為無鉛儲能陶瓷真正服務(wù)于國家需求與社會發(fā)展提供可能。

免責(zé)聲明:本網(wǎng)轉(zhuǎn)載自合作媒體、機(jī)構(gòu)或其他網(wǎng)站的信息,登載此文出于傳遞更多信息之目的,并不意味著贊同其觀點或證實其內(nèi)容的真實性。本網(wǎng)所有信息僅供參考,不做交易和服務(wù)的根據(jù)。本網(wǎng)內(nèi)容如有侵權(quán)或其它問題請及時告之,本網(wǎng)將及時修改或刪除。凡以任何方式登錄本網(wǎng)站或直接、間接使用本網(wǎng)站資料者,視為自愿接受本網(wǎng)站聲明的約束。
相關(guān)推薦
俄羅斯開發(fā)用體溫轉(zhuǎn)化為能量的充電技術(shù)

俄羅斯開發(fā)用體溫轉(zhuǎn)化為能量的充電技術(shù)

全世界都在開發(fā)把體溫轉(zhuǎn)化為能量的充電技術(shù)。俄羅斯也不例外。莫斯科電子技術(shù)研究所正在研究一種能夠把熱能轉(zhuǎn)化為電能的材料,將來可以直接在手上或背部為便攜式小裝置充電。相關(guān)研究發(fā)表在《可持續(xù)性》雜志上。
日本國立材料研究所打造鉆石電池 有望實現(xiàn)100年內(nèi)無衰減

日本國立材料研究所打造鉆石電池 有望實現(xiàn)100年內(nèi)無衰減

眾所周知,目前包括鋰電池在內(nèi)的充電電池雖然可重復(fù)使用,但是其都有衰減期。而這對于一些太空探測器來說,一塊具有長期壽命的電池對其更是相當(dāng)重要。據(jù)外媒報道,日前日本國立材料研究所(NIMS)研制出一種“鉆石電池”,其能夠在100年內(nèi)無衰減,而該電池計劃應(yīng)用在太空探測器和地下采礦設(shè)備中。
預(yù)計到2030年,全球電池對鎳的需求有望達(dá)到16萬噸

預(yù)計到2030年,全球電池對鎳的需求有望達(dá)到16萬噸

2021年以來,電解鎳價格整體延續(xù)上年漲勢。上海有色網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示,2月19日,電解鎳均價報142800元/噸,創(chuàng)2019年9月以來新高,年內(nèi)漲幅超10%。
有色金屬迎來政策利好

有色金屬迎來政策利好

中國有色金屬工業(yè)協(xié)會近日發(fā)布的行業(yè)指數(shù)報告顯示,2021年有色金屬行業(yè)增速總體將呈“前高后穩(wěn)”態(tài)勢。生產(chǎn)總體保持平穩(wěn)運行,全年增幅在3%左右。預(yù)計主要有色金屬價格上半年將維持高位震蕩,但也不排除下半年出現(xiàn)回調(diào)的可能,全年年均價格仍將好于2020年。規(guī)模以上有色金屬企業(yè)利潤有望保持增長態(tài)勢。
寧德時代與四川宜賓簽約的項目已達(dá)7期,總投資約380億元

寧德時代與四川宜賓簽約的項目已達(dá)7期,總投資約380億元

瞄準(zhǔn)TWh時代,動力電池提速擴(kuò)產(chǎn)的大背景下,寧德時代三度加碼四川基地產(chǎn)能。同時,圍繞動力電池巨頭布局的產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)也在四川迅速凸顯。2月2日晚間,寧德時代公告,擬在宜賓市臨港經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)投資建設(shè)動力電池宜賓制造基地5、6期項目,項目總投資不超過120億元。

推薦閱讀

熱文

Copyright © 能源界