第五章几种新型材料的结构与性能§5.1储氢材料②储氢材料的种类i活性炭吸附储氢(富勒烯,碳纳米管);ii深冷液化储氢;iii无机化合物储氢(NaHCO3);iv有机化合物储氢(C6H6,C6H5CH3);v金属氢化物储氢(LaNi5).1968年,人们发现Mg-Ni合金具有储氢性能.此后,储氢合金材料的研究得到了迅速的发展.目前,已经发现了Ni,Mg和Fe基三个系列的储氢材料,其中LaNi5具有良好的储氢性能,储氢密度超过液氢密度.LaNi5与CaCu5的晶体结构相同,属六方晶系.LaNi5的晶胞如右图所示,含有1个La和5个Ni.LaNi5晶胞的储氢La2Ni2四面体空隙.晶胞另有3个变形八面体空隙(即81/4+21/23),每个空隙由2La+4Ni共6个原子围成.假定吸氢后合金的体积不变,则合金中的氢密度为:(6个H的质量)/(晶胞体积)(氢的密度)[6/(6.0221023)]g/(9.010-25cm3)0.111g·cm-3液氢密度为0.061g·cm-3.2.准晶态材料根据晶体学的点阵对称性定理,与点阵结构相一致的对称轴的轴次只可能是1、2、3、4和6.1984年,D.Shechtman发现经急冷制得的Al-Mn合金的电子散射显示出清晰的五重对称性(电子的波动性).因D.Shechtman的首次发现,人们将这种具有异常轴对称性的固体材料称为准晶体(Quasicrystal),或谢氏体.研究表明,准晶体的内部结构虽有严格的位置序,但无严格的平移周期性,是一种准周期性晶体。就结构而言,准晶体的生成需首先实现结构上的连续性,做为二维问题,长方形、正三角形、正方形和正六边形均可完成对二维空间的无空隙充填.相反,单独用正五边形充填二维空间则会出现“失配”现象.1974年,R.Penrose提出同时使用两种菱形平行四边形可实现对二维空间的无空隙充填,只是这种充填方式不能只沿两个独立方向重复,即无非周期性(平移对称性);两种菱形平行四边形分别称为“瘦菱形”和“胖菱形”,二者边长相等但夹角不等.“瘦菱形”和“胖菱形”虽不是正五边形,却可从正五边形引伸出来,如下图所示由“瘦菱形”和“胖菱形”无空隙充填所形成的具有无限结构的二维图形具有五重轴对称性(五重对称轴从下图五角星位置穿过并垂直于地面).Ih的对称元素集合:6×5、10×3、15×2、15×m和i;Ih的群阶h:120与正五边形对二维空间的充填类似,正二十面体(13个项点)对三维空间的充填值得注意的有两点:①做为一具有5轴的结构单元,正二十面体不能实现对三维空间的无空隙充填;②由正二十面体划分出来的两种菱形平行六面体按一定规则可以实现对三维空间的无空隙充填.菱形平行四边形I边棱矢量夹角为63.43o3.高温超导材料1911年,K.Onners在研究金属汞的低温物理性质时,首次发现了超导性.1933年,W.Meissner等人发现处于超导态的超导体的完全排斥磁力线现象(迈斯纳效应).因此,超导体的零电阻和迈斯纳效应是超导态的两个极为重要的独立的电磁特性.从正常态转变为超导态的温度称为超导体的临界温度Tc.目前,已经发现的具有超导性的元素有20多种,超导合金和化合物有数千种.时至今日,人们尚不能完全阐明高温超导材料,尤其是氧化物的超导机理,但总结的规律有如下两条:①高温超导材料仅出现在共价性很强的氧化物中,可以提供具有金属性的能带;②氧化物超导材料的特征主要是其含有混合价态正离子.超导材料Nb3Ge(Tc=23.3K)的晶胞结构如右图所示,晶胞含有6个Nb原子和2Ge原子.若Nb3Ge的所属晶系为正交晶系,试指出其空间点阵型式和结构基元.4.纳米材料①纳米科学技术诞生于20世纪80年代末,其中纳米材料是纳米科学技的一个重要分支.纳米材料包括纳米晶、纳米非晶和纳米相等颗粒材料及其构成的薄膜或块体材料.随着纳米科技的发展,纳米材料的内涵在不断的扩充.现在,一般认为纳米材料包括:i零维纳米材料(量子点)在空间中有三维均处于纳米尺度,如纳米颗粒和原子团簇等;ii一维纳米材料(量子线),如纳米丝、纳米棒和纳米管等;iii二维纳米材料(量子阱),如超薄膜、多层膜和超晶格等.需指出的是当固体材料小至纳米尺寸时,会显示出一些特殊的表面和界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等.碳纳米管(Carbonnano-tube,日本NEC实验室的范岛发现于1991年11月)先如上图所示定义2个单位矢量a1与a2，即可按下式定义手性矢量Chna1+ma2,其中n与m均为整数[(n,m)(4,2)].管轴与手性矢量总是互相垂直的.手性矢量Ch与a1的夹角称为手性角.单层管碳纳米管的三种结构类型以手性矢量和手性角区分,而这又取决于