无机选论读书报告(编辑修改稿)

无机选论读书报告(编辑修改稿)内容摘要：

上述条件下的电化学腐蚀过程。 负极（碳钢）： Fe –2e =Fe2+ 正极（铜）： 2H+ +2e =H2↑ 总反应式： Fe +2H2+ =Fe2+ +H2↑(如图 5) （２） 吸氧腐蚀 ：当铁与杂质之间紧密交错相互接触着，并且同处在电解质溶液中，它们之间形成了原电池。 金属主体一般作为负极，杂质一般作为正极。 下面我们简单分析一下吸氧腐蚀反应的过程。 负 极（ Fe） ： Fe –2e =Fe2+ 正极（杂质）： 2H2O +O2+4e =4OH 总反应式 ： Fe2++ 2OH＝ Fe(OH)2 由于空气的不断溶入液体中， Fe(OH)2 很快又被氧化，生成稳定的氧化物。 4Fe(OH)2 +O2 +2H2O = 4Fe(OH)3 (如图 6) 21 金属腐蚀这么猖狂，难道我们就能眼睁睁地看着金属材料被不断地吞入它们的虎口吗。 答案是否定的。 那我们又应该采取什么措施去防护它呢。 依据腐蚀方式和腐蚀发生条件的不同而采取不同的腐蚀防护方法。 方法的选择决定于其在特殊条件下的有效性以及经济因素，任何防护方法都是通过减小腐蚀速度（腐蚀抑制）或完全阻止腐蚀来改变腐蚀过程的进行的。 最终可将其可分为四种 电学方法 基于改变腐蚀金属的方法 基于改变腐蚀介质性质的方法 联合方法 电学方法是在极化电流影响下改变金属的电化学性质为基础，通 过迫使阴极化来保护金属不受腐蚀，这是极为广泛的使用方法，包括牺牲阳极法，根据电极电势比保护金属或合金做阴极形成腐蚀电池，而这个辅助金属起阳极作用，该法可用于防止在深海航行的海轮表面免受腐蚀的损害，只 22 需要适时的更换辅助阳极。 3. 以改变金属性质来降低腐蚀有如下的方法： （ 1）以金属难溶物（氧化物、磷化物、硫化物、分别使用结合使用的表面钝化膜来覆盖金属 （ 2）用防护性的油、脂、沥青、油漆等涂层覆盖金属表面 （ 3）应用其他在给定条件下比保护金属更稳定的金属覆盖物（锌、铜、铬、铅），大多数表面 膜的防护作用是通过把金属与其腐蚀环境机械地分开来达到目的的，但这些方法有一个共同的缺点，即表面膜磨钓或损害后，腐蚀的强度可能会明显的增加，且往往不能使用另一 种金属来覆盖来加以保护，在这方面合金对增加金属的耐腐蚀性是更为有效的，但费用要高一些 （４）金属的合金化 如果某种合金成分能够与氧结合形成一种防护性的纯化膜的话，那么为了提高金属的稳定性就需要加入少量的该合金成分。 4. 于改变腐蚀介质性质的方法 腐蚀介质的处理是通过一些降低腐蚀介质的浓度，除去介质中的氧，控制环境温度和进度或者添加某些能够降低腐蚀速率的物质 即缓蚀剂来减小或防止金属腐蚀。 联合方法 23 例如，为了延长地下管道的使用寿命，把腐蚀防护的机械方法（绝缘材料、沥青混合物等，同阴极防护联合使用，阴极保护在未被绝缘层保护的部位上阻止金属腐蚀。 而用于阻止金属腐蚀的油漆中含有一种缓蚀剂。 因此，机械防护就与电化学防护结合起来了。 阴极作用增强了中性介质和酸性介质的缓蚀作用。 在中性介质中主要是通过金属表面附近溶液的碱化来增加腐蚀防护的有效性，溶液碱化促进难溶化合物的形成。 而在酸性介质中，防护能力的增加是金属电位负移即其负电荷增加时有机阳离子吸附能力增加的结果。 某些在中 性介质中不影响钢铁腐蚀的有机物质当应用阴极极化时则变为有效的缓蚀剂。 24 功能玻璃 玻璃在我们日常生活和生产中有着广泛的应用。 就拿我们的生活来说吧，一些高楼大厦的外表面用玻璃来装饰，形成亮丽的玻璃幕墙。 我们居室的门窗上面安有玻璃，镜子是玻璃做的，有些茶几的桌面也是玻璃做的，茶杯是玻璃的，还有各种造型的玻璃器皿，以及众多色彩绚丽、琳琅满目的玻璃工艺品真是数不胜数。 随着科学技术的发展和社会的进步，人们对玻璃的要求越来越趋于多样化、功能 化。 所谓功能化是指通过改变其化学成分或采取适当的工艺和加工方法，将一定的物理性质、化学性质、生物学性质等赋予玻璃体，使其获得所需的功能。 作为功能玻璃的化学组成除了氧化物玻璃外还包括卤化物及硫化物玻璃。 其材料形态包括块状、板状、纤维、膜、涂层、微孔体及粉末。 众多的功能玻璃按其功能或主要使用性能来分类的话，可大致分为七类。 这就是：光功能玻璃、电功能玻璃、磁功能玻璃、机械功能玻璃、生物功能玻璃、化学功能玻璃、热功能玻璃。 功能 实例或应用 光功能 光传输 激光的激振 光纤（光通信、能量传输） 激光核聚变 25 光存储 光致变色 声光效应 法拉第旋 光 非线性光学 聚光、镜头作用 光波长选择性透过和反射 超平滑的基板 光盘光存储膜 调节光透过率的光致变色玻璃 光开关 光偏转 光开关及维持相位的偏转 折射率分布镜头 隔热玻璃、反射或防反射玻璃 光盘基板 电磁功能 光传输 离子导电 延迟声波 光电性 电视摄像管元件 固体电池 延迟线玻璃 ＰＤＰ等显示器 热功能 耐热 低膨胀 低熔点封接 耐热材料 光掩膜基板 封装、焊接 机械功能 高弹性模量 高韧性 机械加工 增强用纤维（氧氮玻璃） 结构材料 可机械加工的绝材料 化学功能 化学分离及酵母菌载体 熔融固化 微孔玻璃 放射废弃物的固化 混凝土增强 26 耐碱性 生物功能 生物活性 人工齿 人工骨、人工牙根 齿冠 在这里我着重介绍光功能玻璃。 光功能玻璃在光学仪器中起着核心作用。 可做成各种特殊要求的透镜、棱镜、反射镜等，以扩展光学仪器的用途或改善其性能。 用离子交换法和光刻蚀技术，可以做出具有折射率梯度分布的平面微透镜，这种透镜在复印机中作图像转换，可使复印机体积大幅度缩小。 光功能玻璃在所有功能玻璃中占的比例最大，其中包括光导玻璃纤维、激光玻璃、光致变色玻璃、光的选择透 过和反射玻璃和非线性光学玻璃等。 如此多的光功能玻璃，在这里我只介绍光导玻璃纤维和非线性光学玻璃两种。 采用光导纤维进行通讯，不仅能节省大量的金属资源，而且使用寿命长，结构紧凑，体积小，性能比电缆好得多，具有容量大﹑抗干扰性好﹑能量衰耗小，传送距离远﹑重量轻﹑绝缘性能好﹑保密性强﹑成本低等特点。 光导通讯的最大特点是中继间距离长和输容量大。 为实现此目的，要求光纤具有低损耗、低色散。 而所有这些损耗均取决于光纤制造技术，色散又取决于玻璃材料和波导结构。 因此，制造低损耗、低色散光纤应选择最低本征损耗小的玻璃材料及 适合于该材料的制造技术，即通过高纯度、均 27 匀性优越的玻璃的合成，以及折射率的精密控制制造波导结构来实现。 氧化物玻璃具有稳定的玻璃态，由多种氧化物构成的多组分玻璃，透过波长范围取决于透过范围最狭窄的组合，虽然本征吸收损耗比较大。 但软化点低使瑞利损耗变小，且能比较容易地合成稳定均匀的玻璃。 日前，石英系统玻璃在光纤材料中占主要地位。 （ 1）光纤的制造 石英系光纤的制造包括合成具有波导结构的高纯度预制坯棒和将棒拉制成光纤。 光纤的制造分为三个阶段：预制棒的制造；拉丝和涂覆；成缆。 有三种比较典型的 制作方法，即管内气相沉法、轴向气相沉积法和外气相沉积法。 管内气相沉积法（ Inside Vapor Deposition）是目前制作高质量石英系玻璃光学纤维最通用的方法。 轴向气相沉积法（ AVD 法， VaporPhase Axial Deposition）是用 SiCl4水解反应： SiCl4 + 2H2O ==== SiO2 + 4HCl 使高纯原料 SiCl4等气化，再通过高温氢氧焰生成玻璃微粒组成的所谓粉尘。 外气相沉积法（ OVD 法， Outside Vapor Deposition）应用水解反 应原理，将原料气体输入氢氧焰喷泉嘴，经高温分解合成得到玻璃粉尘，一层一层地沉积在耐火材料心棒的表面，形成多孔的预制棒。 28 预制棒制成之后，下一工序就是拉丝和涂覆。 涂覆过的光纤组合起来可以制成各种光缆。 （ 2）光纤的结构及分类 通讯用玻璃光纤是由折射击率较高（ n1）的玻璃光纤芯和折射率较低（ n2n1）的玻璃包皮层的构成。 氟化物光纤令人瞩目的是在传输的过程中损耗小，可延长中继距离。 损耗的原因 玻璃中的杂质（如过渡元素 Fe、 Ni、 Co、 OH基和玻璃中的微晶、铂坩埚析出的铂夹杂物）引 起散射。 Co、Cu、 Fe、 Ni、 Mn、 Cr、 Ti 等元素引起红外区的吸收损耗。 稀士元素的吸收及水的吸收也引起损耗。 硫化物光纤： 硫系玻璃是含 S、 Se、 Ti 元素的可以透过最长波长区的玻璃。 硫系玻璃的特点是基本为共价键，离子键性小。 光导纤维的特性决定了其广阔的应用领域。 由光导纤维制成的各种光导线﹑光导杆和光导纤维面板等，广泛地应用在工业﹑国防﹑交通﹑通讯﹑医学和宇航等领域。 非线性光学玻璃： 非线性光学玻璃由于与现有的光纤系统具有相容性和较快的响应速度，因而引起人们的极大兴趣。 目前的研究工作集中于各种不 同的玻璃系统，利用不同的非线性机制来提高非线性性能。 由于光频随材料中电子的转移或跃迁会表现 29 出共振和非共振两种情况，故三阶非线性光学玻璃材料也可分为共振型和非共振型两类。 1．非共振型： 虽然均质玻璃的值较低，但由于其具有较小的吸收系数和较短的响应时间而使其品质因数较高而格外引人注目。 其中为非线性折射率，为响应时间或 1 皮秒（取其长者），是线性吸收系数。 在所有均质玻璃中，都或多或少存在三阶非线性光学效应。 通常具有高密度﹑高线性折射率的玻璃具有较高的非线性极化率。 要获得高密度﹑高折射率玻璃的方法是向玻璃中添加 具有高折射度的调整体或引入易极化的重金属氧化物，如 PbO﹑ Bi2O3﹑ Nb2O3﹑ TeO R2O3（ R=La, Pr, Nd, Sm）等，或引入重金属卤化物，如 KX（ X=Cl, Br, I）、 PbCl2 等。 硫系玻璃通常具有相对较大的三阶非线性极化率，最大值AsSSe 为 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 波长测得的 有相当部分属于共振吸收分量，且通讯领域主要使用 和 两个窗口作为通信通道，而使其全光开关应 用受到限制。 但最近研究表明，重金属卤化物的引入会使硫系玻璃透射区同时向长波和短波方向扩展，如GeS2Ga2S3KX（ X=Cl, Br）系光透过范围在 ～ 之间，且透过率高达 80％以上（ 4mm 样品），由于重金属卤化物具有大的极化率，硫系玻璃引入卤化物会增加玻璃结 30 构的堆积密度，从而使玻璃具有很好的三阶非线性光学性能。 2．共振型 在玻璃中掺入某些光电性能较佳的物质能显著提高非线性光学效应，这些掺杂体常用半导体微晶、金属颗粒及有机物等，而玻璃作为掺杂体的色散介质使用。 近年来，当半导体多量子 阱和超晶格出现后，半导体及金属颗粒掺杂玻璃的研究成为热点。 这种玻璃也叫量子点玻璃，通常掺杂颗粒尺寸小于 10nm，表现出共振增强的三阶非线性光学效应，响应时间约为 10－ 11s，同时由于它们与波导制备技术相容而被拉成光纤，因此受到重视。 其产生机制可归因为纳米粒子的量子尺寸效应，即介质因光吸收产生电子－空穴，独立的或以激子的形式封闭在颗粒的狭小空间中，电子态呈现量子化分布，从而引起颗粒周围场强的增加和非线性光学效应的提高。 除 CdSxSe1x外，含 CdS、 CdSe、CdTe、 CuCl、 CuBr、 PbS 等半导体及掺 Au、 Ag、 Cu 等金属颗粒的玻璃也表现出量子尺寸效应。 通常颗粒尺寸越小，非线性效应越大。 如果要获得较小的颗粒尺寸和较高的颗粒浓度，常采用溶胶－凝胶法制备。 随着全光信息处理和光计算机研究的发展，三阶非线性光学玻璃的研究已成为近年来光电子技术领域中最引人注目的研究课题之一。 总之，玻璃在人类历史上扮演着一个重要的角色。 31 洁净煤技术 随着现代工业的迅猛发展，环境污染已变得越来越严重了，尤其是因使用煤炭而引起的 SO2，以及 SO2在日光催化下与烟尘结合，通过一系列的化学转化，形成的二次污染物H2SO4，其毒性比 SO2大 10 倍以上。 1952 年的伦敦烟雾事件就使上千人死亡。 我国每年燃煤产生的 SO2有 1600 万吨，烟尘有 1300 万吨，由此产生的酸雨对环境和生态系统的破坏更是难以估计，因此开发新型清洁能源以及洁净煤技术对我国的经济和环境的发展至关重要。 人类只有一个地球，我们不能以掠夺的方式发展经济，也不能走所谓的 ―零增长 ‖道路。 人类应该有光明的未来，关键在与处理好人与自然的关系，因此环境保护也就成了一个跨越国界的全人类共同的话题。 从 1987 年世界环境与发展委员会发表的 我们共同的未。