生物高分子材料簡介

品 名:儲氫材料

最有希望獲實際應(yīng)用的是LaNi5和FeTi，形成固體氫化物L(fēng)aNi5H6和FeTiH1.95后，單位體積的儲氫量可達(dá)88和101.2千克/米3，高于液氫的70.6千克/米3。一般是本身重量的1.3%~1.7%，相當(dāng)于本身體積的1000倍以上(金屬鈀Pd吸氫能高達(dá)本身體積2800倍，但因物稀價昂，一般只用于制超純氫而不用作儲氫材料)。若解決了氫的儲存和運輸困難，則氫將是一種理想的、無污染的燃料?？捎糜谶\載工具和燃料電池等方面。因儲氫材料在吸氫和放氫時有熱效應(yīng)和能量交換，這類材料也能儲存熱能或其他能量，所以也稱為儲能材料(energy storage materials)或能量轉(zhuǎn)換材料(energy conversion materials)。

根據(jù)上述原理，通?？捎媒档蜏囟却偈菇饘贇浠锏纳?，再用加熱便氫化物析氫儲存并使用氫能。

理論上只要能有上述可逆反應(yīng)的金屬或合金者可作儲氫材料，但在實用上，該類材料必須滿足下列要求:(1)材料活性大，吸附氫量大并易于獲得，價格低廉;

(2)材料用于吸附氫時，標(biāo)準(zhǔn)生成熔要小，用來儲熱時 要大;

(3)材料吸氫-解析的速率要大;氫的平衡壓差要小;

(4)在使用過程中，材料破碎和粉化率低，力學(xué)性能不能有明顯的降低。

目前的正在研究或接近實用的儲氫材料有:Mg2Cu、TiFe、TiMn、TiCr2、LaNi5、ZrMn2和含稀土金屬(La、Ce)的Ni、Zr、Al或Cr-Mn組成的多元合金。最近研制的Re –Nb-Zr-Al四元儲氫合金，幾乎可完全滿足上述條件且不受氫氣純度的影響。

儲氫材料既可作為氫的輸送介質(zhì)，還有一系列其它的用途，如作能量轉(zhuǎn)換介質(zhì)，分離氫，精制和分離氫的同位素，催化劑和敏感元件等。下面舉出幾個典型的應(yīng)用實例。

利用儲氫材料在吸(放)氫時放(吸)熱的特點，可制儲藏能源的冷暖設(shè)備-化學(xué)熱源泵，它熱損失小并可由回收廢熱變成品質(zhì)較高的熱?；瘜W(xué)熱泵由兩種不同的儲氫材料制成的儲氣罐，以帶開關(guān)的閥門相連。開啟閥門時低溫形成氫化物的高壓罐A將釋放氫，并為高溫形成氫化物的低壓罐B吸收而放出大量的熱，可供取暖之用。B罐則可用廉價的熱能加熱，使釋放的氫為A罐吸收、儲存。加熱B罐的熱能，可以是夜間用電低谷的廉價電力，也可是工業(yè)用余熱、廢熱和太陽能等。因此，儲氫合金可制成`利用廢熱、余熱和廉價能源和節(jié)能裝置。如要制冷，則可用儲氫材料吸熱而達(dá)到降溫的目的。

LaNi5等儲氫合金對氫的選擇吸收性極大，故可進(jìn)行氫的分離精制。例如，將Ar、N2、CO2、CO、CH4和H2的混合氣體與LaNi5、MnNi5多元素合金在加壓下反應(yīng)，氫被選擇吸收，再加熱使之解吸，便可獲得精制的高純氫氣。利用上述材料1000L精制氫的純度在99.9999%，產(chǎn)量是500ml/min。

此外，儲氫材料還可進(jìn)行能量變換驅(qū)動機器;在氫-空氣燃料電池中得到應(yīng)用;還可作合成氫的催化劑和進(jìn)氫的分離和回收，等等?？傊?，儲氫材料的應(yīng)用領(lǐng)域是十分廣闊的，且有不斷擴大之勢。

高分子材料按來源分為天然高分子材料和合成高分子材料。

天然高分子是存在于動物、植物及生物體內(nèi)的高分子物質(zhì)，可分為天然纖維、天然樹脂、天然橡膠、動物膠等。合成高分子材料主要是指塑料、合成橡膠和合成纖維三大合成材料，此外還包括膠黏劑、涂料以及各種功能性高分子材料。合成高分子材料具有天然高分子材料所沒有的或較為優(yōu)越的性能--較小的密度、較高的力學(xué)、耐磨性、耐腐蝕性、電絕緣性等。

高分子材料按特性分為橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子涂料和高分子基復(fù)合材料等。

①橡膠是一類線型柔性高分子聚合物。其分子鏈間次價力小，分子鏈柔性好，在外力作用下可產(chǎn)生較大形變，除去外力后能迅速恢復(fù)原狀。有天然橡膠和合成橡膠兩種。

②纖維分為天然纖維和化學(xué)纖維。前者指蠶絲、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子為原料，經(jīng)過紡絲和后處理制得。纖維的次價力大、形變能力小、模量高，一般為結(jié)晶聚合物。

③塑料是以合成樹脂或化學(xué)改性的天然高分子為主要成分，再加入填料、增塑劑和其他添加劑制得。其分子間次價力、模量和形變量等介于橡膠和纖維之間。通常按合成樹脂的特性分為熱固性塑料和熱塑性塑料;按用途又分為通用塑料和工程塑料。

④高分子膠粘劑是以合成天然高分子化合物為主體制成的膠粘材料。分為天然和合成膠粘劑兩種。應(yīng)用較多的是合成膠粘劑。

⑤高分子涂料是以聚合物為主要成膜物質(zhì)，添加溶劑和各種添加劑制得。根據(jù)成膜物質(zhì)不同，分為油脂涂料、天然樹脂涂料和合成樹脂涂料。

⑥高分子基復(fù)合材料是以高分子化合物為基體，添加各種增強材料制得的一種復(fù)合材料。它綜合了原有材料的性能特點，并可根據(jù)需要進(jìn)行材料設(shè)計。高分子復(fù)合材料也稱為高分子改性，改性分為分子改性和共混改性。

⑦功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力學(xué)性能、絕緣性能和熱性能外，還具有物質(zhì)、能量和信息的轉(zhuǎn)換、磁性、傳遞和儲存等特殊功能。已實用的有高分子信息轉(zhuǎn)換材料、高分子透明材料、高分子模擬酶、生物降解高分子材料、高分子形狀記憶材料和醫(yī)用、藥用高分子材料等。

高聚物根據(jù)其機械性能和使用狀態(tài)可分為上述幾類。但是各類高聚物之間并無嚴(yán)格的界限，同一高聚物，采用不同的合成方法和成型工藝，可以制成塑料，也可制成纖維，比如尼龍就是如此。而聚氨酯一類的高聚物，在室溫下既有玻璃態(tài)性質(zhì)，又有很好的彈性，所以很難說它是橡膠還是塑料。

按照材料應(yīng)用功能分類，高分子材料分為通用高分子材料、特種高分子材料和功能高分子材料三大類。通用高分子材料指能夠大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，已普遍應(yīng)用于建筑、交通運輸、農(nóng)業(yè)、電氣電子工業(yè)等國民經(jīng)濟主要領(lǐng)域和人們?nèi)粘Ｉ畹母叻肿硬牧?。這其中又分為塑料、橡膠、纖維、粘合劑、涂料等不同類型。特種高分子材料主要是一類具有優(yōu)良機械強度和耐熱性能的高分子材料，如聚碳酸酯、聚酰亞胺等材料，已廣泛應(yīng)用于工程材料上。功能高分子材料是指具有特定的功能作用，可做功能材料使用的高分子化合物，包括功能性分離膜、導(dǎo)電材料、醫(yī)用高分子材料、液晶高分子材料等。

①碳鏈高分子:分子主鏈由C原子組成，如: PP、PE、PVC

②雜鏈高聚物:分子主鏈由C、O、N、P等原子構(gòu)成。如:聚酰胺、聚酯、硅油

③元素有機高聚物:分子主鏈不含C原子，僅由一些雜原子組成的高分子。如:硅橡膠

按高分子主鏈幾何形狀分類:線型高聚物，支鏈型高聚物，體型高聚物。

按高分子微觀排列情況分類:結(jié)晶高聚物，半晶高聚物，非晶高聚物。