《专题研究》试卷答案.docx

2014 级《专题研究》试卷 1. 解释 p-n 结的形成及光生伏特效应。在一块完整的硅片上, 用不同的掺杂工艺使其一边形成 N 型半导体, 另一边形成 P 型半导体,那么在两种半导体的交界面附近就形成了 p-n 结。 p-n 结是构成各种半导体器件的基础。光生伏特效应简称为光伏效应, 指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。 2. 简述半导体光催化在环境光催化和能源光催化中的应用。环境光催化方面: 我们面临越来越严重的空气污染, 来自工业生产、,利用 TiO2 光催化所产生的活性氧可有效地降解这些有机污染物, 而且不产生二次污染。例如, 在居室墙壁, 陶瓷等建材表面, 涂敷 TiO2 光催化薄膜或在房间内安放 TiO2 光催化设备, 不仅能减少空气中的微生物和病菌污染颗粒,而且还能有效降解空气中的各种有害有机物质和臭味物质,净化室内空气,改善空气质量。能源光催化:以光催化制氢为例。目前的氢能还主要是依靠煤和天然气的重整来获得, 这必然会加剧非可再生能源的消耗, 而且还会带来环境污染问题。以水和生物质等可再生物资为原料, 利用太阳能光催化分解水制氢的方法可以从根本上解决能源及环境污染问题,光催化分解水制氢已成为新能源探索的研究热点之一。 3 简述目前商业化的电化学能量存储系统有哪些, 各自优缺点以及未来发展趋势? 全钒液流电池:优点为,钒离子溶解于水溶液,在充、放电过程中,只发生钒离子的价态变化,因此充放电应答速度快;电解质溶液为水溶液,无潜在爆炸或着火危险,安全性高; 钒离子作为唯一的金属离子, 离子环境单一, 则增加其使用寿命; 电池材料廉价, 前期投资少。缺点是,电池总体效率低,占用体积大,设备容易被腐蚀,且对运行环境温度要求苛刻。钠硫电池: 优点是, 比能量高, 理论比能量达 760 W· h/kg ; 充放电效率高; 由于采用固态电解质,因此没有自放电,能量效率高;能耐 2 000 次以上的充放电,寿命长,无污染。缺点是:钠硫电池不能过充与过放,需要严格控制电池的充放电状态;电解质变质或者受到破坏,容易在电池内部造成钠和硫的短路而烧毁;硫和钠在 350 ℃时熔解, 因此需要外接加热设备。锂离子电池:优点是,锂离子电池能量密度大,实际比能量大,使用寿命长,相比其他电池有明显优势,同时具有重量轻、高低温适应性强、绿色环保等优点。缺点:有发生爆炸的危险, 且其工作温度范围相对狭窄, 管理要求高, 且其价格昂贵, 锂的储量有限, 无法满足大规模储能的需求。趋势: 目前市场上, 全钒液流电池、锂离子电池、钠硫电池是最常用的储能的 3 种电池。随着对电池的性能、储能价格等要求不断提高,液态金属电池、质子交换膜燃料电池、钠离子电池等新型电池储能技术逐渐得到发展与应用。 4 我认识的纳米摩擦学。纳米摩擦学, 也称为微观摩擦学或分子摩擦学, 它是在原子、分子尺度上研究摩擦界面上的行为、损伤及其对策。纳米摩擦学在学科基础、研究方法、实验测试设备和理论分析手段等方面都与宏观摩擦学研究有很大差别。主要有以下几点:在研究仪器方面,主要是扫描探针显微镜,它包括原子力显微镜、摩擦力显微镜以及专门的微型实验装置; 在理论分析方面, 由分子、原子结构出发, 考察纳米尺度的表面和界面分