VẬT LIỆUCÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

I.Vật Liệu Cơ bản: Kim Loại Và Sự Ăn Mòn: *Kim Loại: - Trong hóa học, kim loại tiếng Hy Lạp là metallon là nguyên tố có thể tạo ra các ion dương cation và có các liên kết kim loại, v

Giảng Viên: Huỳnh Kỳ Phương Hạ

Xin Chào Thầy Và Các Bạn

Xin Chào Thầy Và Các Bạn

Chủ Đề: Vật Liệu – Các Dạng Năng

Lượng Tái Tạo.

Nhóm 9:

Nguyễn Hoàng Đại Lợi 61305029

I.Vật Liệu Cơ bản:

 Kim Loại Và Sự Ăn Mòn:

*Kim Loại:

- Trong hóa học, kim loại (tiếng Hy Lạp là metallon)

là nguyên tố có thể tạo ra các ion dương (cation) và có các liên kết kim loại, và đôi khi người ta cho rằng nó tương tự như là cation trong đám mây các điện tử.

-Các phi kim phổ biến hơn các kim loại trong tự nhiên, nhưng các kim loại chiếm phần lớn vị trí trong bảng tuần hoàn, khoảng 80 % các nguyên tố là kim loại Một số kim loại

là nhôm, đồng, vàng, sắt, chì, bạc, titan, urani và kẽm.

-Các thù hình của kim loại có xu hướng có ánh kim, dễ kéo, dễ dát mỏng và là chất dẫn điện và nhiệt tốt, trong khi đó các phi kim nói chung là dễ vỡ (đối với phi kim ở trạng thái rắn), không có ánh kim, và là chất dẫn nhiệt và điện kém.

Hình:Các kim loại

Tính chất hóa học:

-Phần lớn các kim loại hoạt động hóa học khá mạnh, phản

ứng với oxi trong không khí để tạo thành oxit sau một khoảng thời gian khác nhau (ví dụ như sắt bị rỉ suốt mấy năm

nhưng kali bùng cháy chỉ trong vài giây) Kim loại kiềm phải ứng mãnh liệt nhất, kế tiếp là kim loại kiềm thổ.Ví dụ:

-Những kim loại chuyển tiếp bị oxi hóa trong thời gian dài hơn (như sắt, đồng, chì, niken) Một số khác, như paladi, bạch

kim hay vàng, không hề phản ứng Một số kim loại hình thành một lớp màng oxit vững chắc trên bề mặt của chúng khiến phân tử oxi không thể xuyên qua được làm cho chúng vẫn giữ được ánh kim và tính dẫn điện tốt qua hàng thập kỷ (như nhôm, một số

Phân Loại:

*Kim loại cơ bản:

-Trong hóa học, cụm từ "kim loại cơ bản" được dùng để ám chỉ các kim loại bị oxi hóa hoặc ăn mòn khá dễ dàng và phản ứng khác nhau với axit clohidric loãng để tạo ra hydro Một số ví dụ

là sắt, niken, chì và kẽm

-Đồng được xem là một kim loại cơ bản khi nó bịoxi hóa khá dễ dàng, mặc dù nó không phản

ứng với HCl

Hình: Đồng

Kim Loại Đen:Gồm sắt, titan, crôm, và nhiều kim loại đen khác Kim loại đen là kim loại màu đen, có nguồn gốc từ hai trăm triệu năm trước

Kim Loại Màu:Gồm bạc, vàng, đồng, kẽm, và nhiều kim loại màu khác Kim loại màu là kim loại có các màu như màu vàng, màu ghi (bạc), đồng, Kim loại màu không có màu đen như kim loại đen.

 Kim loại đúc nên đồ vật:Trong ngành đúc tiền xưa, các đồng xu được định giá bằng lượng kim loại quý mà chúng chứa Kim loại này được gọi tắt là kim loại đúc.

Dãy điện hóa chuẩn của kim loại:

Dãy điện hóa chuẩn của kim loại là dãy những cặp oxi hóa-khử của kim loại được sắp xếp theo chiều thế điện cực chuẩn (E0Mn+/M (V)) của các cặp oxi hóa-khử tăng dần Dưới đây là dãy điện hóa của một số kim loại thông dụng.

Mg 2+ /Mg Al 3+ /Al Zn 2+ /Zn Fe 2+ /Fe Ni 2+ /Ni Sn 2+ /Sn Pb 2+ /Pb H + /H2 Cu 2+ /Cu Ag 1+ /Ag Au 3+ /Au

-2,37 -1,66 -0,76 -0,44 -0,23 -0,14 -0,13 0,00 +0,34 +0,80 +1,50

*Sự Ăn Mòn Kim Loại:

loại hoặc hợp kim do tác dụng của các chất trong môi trường

M → Mn+ + ne

2.Hai Dạng Ăn Mòn Kim Loại:

-Căn cứ vào môi trường và cơ chế của sự ăn mòn kim loại, người ta phân thành hai dạng chính: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa

a) Ăn mòn hóa học:

 Ăn mòn hóa học là quá trình oxi hóa – khử, trong đó kim loại phản ứng trực tiếp với các chất oxi hóa trong môi

trường (các electron của kim loại được chuyển trực tiếp đến các chất trong môi trường) và không có xuất hiện dòng

điện

- Ăn mòn hóa học thường xảy ra ở những bộ phận của thiết

bị lò đốt hoặc những thiết bị thường xuyên tiếp xúc với hơi nước và khí oxi…Ví dụ:

       3Fe + 4H2O  Fe3O4 + 4H2         2Fe + 3Cl2   2FeCl3 

b) Ăn mòn hóa học:Ăn mòn điện hóa học là loại ăn mòn

kim loại phổ biến và nghiêm trọng nhất trong tự nhiên

- Khái niệm về ăn mòn điện hóa học: Rót dung dịch

H2SO4 loãng vào cốc thủy tinh rồi cắm hai thanh kim loại

khác nhau, ví dụ một thanh Zn và một thanh Cu vào cốc Nối hai thanh kim loại bằng một dây dẫn có mắc nối tiếp với một điện kế

Hiện tượng:

- Khi chưa nối dây dẫn, thanh Zn bị hòa tan và bọt Hiđro

thoát ra ở bề mặt thanh Zn

- Khi nối dây dẫn, thanh Zn bị ăn mòn nhanh chóng trong

dung dịch điện li, kim điện kế bị lệch, bọt khí H2 thoát ra ở cả thanh Cu

Giải thích:

- Khi chưa nối dây dẫn, Zn bị ăn mòn hóa học do phản ứng:

Zn + 2H+ → Zn2+ + H2 nên bọt khí H2 sinh ra trên bề mặt

thanh Zn

- Khi nối hai thanh Cu và Zn bằng một dây dẫn, một pin điện hóa Zn – Cu được hình thành (pin Vôn-ta), trong đó Zn đóng vai trò cực âm Các electron đã di chuyển từ cực âm (Zn) đến cực dương (Cu) tạo ra dòng điện một chiều làm kim điện kế

bị lệch và làm tăng mật độ electron trên thanh Cu Nhờ đó

một phần H+ đến nhận electron trên thanh Cu và bị khử thành

H2 làm sủi bọt khí trên thanh Cu: 2H+ + 2e → H2

- Phản ứng điện hóa chung xảy ra trong pin: Zn + 2H+ →

-Điều kiện xảy ra ăn mòn điện hóa học: đồng thời cả 3 điều

kiện sau:

+Các điện cực phải khác nhau về bản chất Có thể là cặp hai kim loại khác nhau, kim loại – phi kim hay kim loại – hợp chất Kim loại có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn là cực âm

+Các điện cực phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nhau qua dây dẫn

+Các điện cực cùng tiếp.xúc với dung dịch chất điện li

Ăn mòn điện hóa học hợp kim của sắt (gang, thép) trong

- Ở cực âm xảy ra sự oxi hóa: Fe → Fe2+ + 2e

- Ở cực dương xảy ra sự khử: 2H+ + 2e → H2 và O2 + 2H2O + 4e → 4OH-

- Tiếp theo: Fe2+ + 2OH- → Fe(OH)2

4Fe(OH)2 + O2(kk) + 2H2O → 4Fe(OH)3

- Theo thời gian Fe(OH)3 sẽ bị mất nước tạo ra gỉ sắt có thành phần chủ yếu là Fe2O3.xH2O

1 Khái niệm

nhiều đơn vị nhỏ (gọi là mắt xích) liên kết với nhau.Ví dụ:

do các mắt xích –NH –[CH2]6 –CO– liên kết với nhau tạo nên

Hệ số n được gọi là hệ số polime hóa hay độ polime hóa

Các phân tử tạo nên từng mắt xích của polime được gọi

là monome.

Lấy polime thiên nhiên và chế biến thành polime mới.

Vd: Tơ axetat,tơ visco

b) Theo cách tổng hợp: 

c) Theo cấu trúc:

* Các dạng cấu trúc mạch polime

- Mạch không phân nhánh Ví dụ: polietilen, amilozơ…

- Mạch phân nhánh Ví dụ: amilopectin, glicogen…

- Mạch mạng lưới Ví dụ: cao su lưu hóa, nhựa bakelit…

* Cấu tạo điều hòa và không điều hòa

-Cấu tạo điều hòa: các mắt xích nối nhau theo một trật tự nhất định

(chẳng han theo kiểu đầu nối đuôi) Ví dụ:

*Cấu tạo không điều hòa: các mắt xích nối với nhau không theo trật tự nhất

định (chẳng hạn theo kiểu đầu nối đầu, chỗ thì đầu nối với đuôi) Ví dụ: 

2 TÍNH CHẤT VẬT LÍ

-Hầu hết polime là chất rắn, không bay hơi, không có nhiệt

độ nóng chảy xác định, một số tan trong các dung môi hữu

cơ Đa số polime có tính dẻo, một số polime có tính đàn hồi, một số có tính dai, bền, có thể kéo thành sợi

 Điều kiện cần về cấu tạo của monome tham gia phản ứng trùng hợp phải có là:

+ Liên kết bội Ví dụ: CH2 = CH2, CH2 = CH–C6H5

+ Hoặc vòng kém bền.

 Phản ứng trùng ngưng:Trùng ngưng là quá trình kết hợp nhiều

phân tử nhỏ (monome) thành phân tử lớn (polime) đồng thời giải phóng những phân tử nhỏ khác (như H2O)

 Điều kiện cần để có phản ứng trùng ngưng là: các monome tham gia phản ứng trùng ngưng phải có ít nhất hai nhóm chức có khả năng phản ứng để tạo được liên kết với nhau.

-Gốm là một loại vật dụng, trong xây dựng công trình,

dinh thự và ngay cả máng nước, vật gia dụng đã hơn 25.000 năm, từ sau khi con người phát minh ra lửa và rời hang núi hốc đá, cất nhà ở để định cư Người ta đề cập đến 2 cách thức làm gốm là gốm cổ điển và gốm không nung

-Gốm không nung là phương tiện lý tưởng để tạo hình

ở mọi qui mô, kể cả mỹ thuật công nghiệp với các chất đông kết cụ thể:Keo Lignin, Keo Nanoic-silicon, Keo Magne

*Một số tiêu chí:

-Về kỹ thuật:nhẹ, bóng, chịu nước, chịu độ ẩm cao, cách âm

và cách nhiệt tốt, có thể sản xuất với mọi kích thước, mọi hình dạng

-Về công nghệ:Sản xuất gốm không nung rất dễ dàng và

năng suất cao ở mọi trình độ công nghiệp từ thủ công đến dây chuyền công nghệ cấp cao

-Về lợi ích kinh tế:Giá thành gốm không nung là rất thấp

-Về môi trường:không thải hoá chất độc môi trường trong

sản xuất hay sử dụng

-Về năng lực sản xuất:Gốm không nung có tiềm năng sản

xuất rất lớn với nguồn nguyên liệu gần như vô tận Công cụ

hỗ trợ sản xuất quyết định năng lực sản xuất gốm không nung

1 Khái niệm

Vật liệu Composite là vật liệu được chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau nhằm mục đích tạo ra một vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn hẳn vật liệu ban đầu Vật liệu Composite được cấu tạo từ các thành phần cốt nhằm đảm bảo cho Composite có được các đặc tính cơ học cần thiết và vật liệu nền đảm bảo cho các thành phần của

Composite liên kết, làm việc hài hoà với nhau.

2 PHÂN LOẠI COMPOSITE

a Phân loại theo hình dạng 

-Vật liệu composite độn dạng sợi:Khi vật liệu tăng cường

có dạng sợi, ta gọi đó là composite độn dạng sợi, chất độn dạng sợi gia cường tăng cơ lý tính cho polymer nền.

-Vật liệu composite độn dạng hạt :Khi vật liệu tăng cường

có dạng hạt, các tiểu phân hạt độn phân tán vào polymer nền Hạt khác sợi ở chỗ nó không có kích thước ưu tiên

b. Phân loại theo bản chất, thành phần

-Composite nền hữu cơ ( nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt có dạng: sợi hữu cơ (polyamide, kevlar…), Sợi khoáng ( thủy tinh, carbon…), sợi kim loại (Bo, nhôm ) -Composite nền kim loại: nền kim loại ( hợp kim Titan, hợp kim Al,…) cùng với độn dạng hạt: sợi kim loại (Bo), sợi

-Composite nền khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng: sợi kim loại (Bo), hạt kim loại (chất gốm), hạt gốm (cacbua, Nitơ)…

Một số composite:

3. CẤU TẠO CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE

a Polymer nền:Là chất kết dính, tạo môi trường phân tán, đóng

vai trò truyền ứng suất sang độn khi có ngoại lực tác dụng lên vật liệu.

•Nhựa nhiệt dẻo: PE, PS, ABS, PVC…độn được trộn với nhựa, gia công trên máy ép phun ở trạng thái nóng chảy

•Nhựa nhiệt rắn: PU, PP, UF, Epoxy, Polyester không no, gia

công dưới áp suất và nhiệt độ cao, riêng với epoxy và polyester không no có thể tiến hành ở điều kiện thường, gia công bằng tay.

* Polyester:là nhựa nhiệt rắn, có khả năng đóng rắn ở dạng lỏng

hoặc ở dạng rắn nếu có điều kiện thích hợp Thông thường người

ta gọi polyester không no là nhựa polyester hay ngắn gọn hơn là polyester

-Phụ thuộc chủ yếu vào các yếu tố :

+ Thành phần nguyên liệu

+ Phương pháp tổng hợp

+ Trọng lượng phân tử

+ Hệ đóng rắn (monomer, chất xúc tác, chất xúc tiến)

+ Hệ chất độn.

* Vinylester Vinylester có cấu trúc tương tự như polyester, nhưng điểm

khác biệt chủ yếu của nó với polyester là vị trí phản ứng, thường là ở cuối mạch phân tử do vinyl ester chỉ có kết đôi C=C ở hai đầu mạch.

*Epoxy:có tính năng cơ lý, kháng môi trường hơn hẳn các

nhựa khác, là loại nhựa được sử dụng nhiều nhất trong các chi tiết máy bay Với tính chất kết dính và khả năng kháng nước tuyệt vời của mình, epoxy rất lý tưởng để sử dụng trong ngành đóng tàu, là lớp lót chính cho tàu chất lượng cao hoặc

là lớp phủ bên ngoài vỏ tàu hay thay cho polyester dễ bị thủy phân bởi nước và gelcoat

-Ứng dụng của epoxy rất đa dạng, nó được dùng làm: keo

dán, hỗn hợp xử lý bề mặt, hỗn hợp đổ, sealant, bột trét, sơn

b Chất độn:

• Tính gia cường cơ học

•Tính kháng hoá chất, môi trường, nhiệt độ

•Phân tán vào nhựa tốt

•Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt

•Thuận lợi cho quá trình gia công

•Giá thành hạ, nhẹ

-Có hai dạng độn: Độn dạng sợi: sợi có tính năng cơ lý hoá cao hơn độn dạng hạt, dùng để chế tạo các loại vật liệu cao cấp như: sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi Bo, sợi cacbua silic, sợi amide…

-Độn dạng hạt: thường được sử dụng là : silica, CaCO3, vẩy mica…khả năng gia cường cơ tính của chất độn dạng hạt dược sử dụng với mục đích sau:

- Giảm giá thành

- Tăng thể tích cần thiết đối với độn trơ, tăng độ bền cơ lý, hoá, nhiệt, điện, khả năng chậm cháy đối với độn tăng cường

- Dễ đúc khuôn, giảm sự tạo bọt khí trong nhựa có độ nhớt cao

- Cải thiện tính chất bề mặt vật liệu, chống co rút khi đóng rắn, che khuất sợi

trong cấu tạo tăng cường sợi.

II.Các Dạng Năng Lượng Tái Tạo

a).Khái niệm:

- Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng

lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa vào trong các sử dụng kỹ thuật

b) Phân loại: Gồm 5 dạng năng lượng chính

Năng lượng gió Năng lượng từ nước

b) Phân loại: Gồm 5 dạng năng lượng chính

Năng Lượng từ rác Năng lượng sinh học

Năng lượng mặt trời

B1) Năng Lượng Mặt Trời:

-Năng lượng Mặt Trời thu được trên Trái Đất là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời đến Trái Đất Chúng ta sẽ tiếp tục nhận được dòng năng lượng này cho đến khi phản ứng hạt nhân trên Mặt Trời hết nhiên liệu, vào

khoảng 5 tỷ năm.

-Tổng số năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi bầu khí

quyển, đại dương của Trái Đất và vùng đất là khoảng

3.850.000 exajoules (EJ) mỗi năm

*Ứng Dụng Thực Tế:

Pin Mặt Trời:Hệ thống điện bằng năng lượng mặt trời có thể làm mái che chống nắng, cung cấp điện cho chiếu sáng thông tin liên lạc, máy tính trong trường hợp mất điện

*Máy nước nóng năng lượng Mặt Trời:

*Bếp năng lượng Mặt Trời:

*Xe năng lượng Mặt Trời:

*Tác động của việc khai thác,sử dụng năng lượng Mặt Trời:

+Tích cực:

-Không gây ô nhiễm môi trường

-Công suất sử dụng cao,các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời ít hư hỏng,tuổi thọ cao

-Có thể sử dụng nhưng nơi xa xôi,hẻo lánh

-Nếu sử dụng các thiết bị dùng NLMT trên một khu vực rộng lớn sẽ phát huy tối đa hiệu suất(các mái vòm pin năng lượng)

B2) Năng Lượng Sinh Học:

Khái niệm:Là loại năng lượng được tạo ra từ nhiên liệu hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc động thực

vật (sinh học) như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ), ngũ cốc(lúa

mì, ngô, đậu tương ), chất thải trong (rơm rạ, phân, ), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ thải ),

Hình:Sản Xuất diesel sinh học từ cây cải dầu

Hình:Sử dụng các loại nông sản như ngô,sắn sản xuất ethanol(E5)

Hình:Sản xuất khí biogas sản phẩm từ chăn nuôi gia súc,gia cầm.

*Tác động của việc khai thác,sử dụng năng lượng sinh học:

- Việc sử dụng NLSH cũng sẽ nâng cao ý thức tiết kiệm năng lượng cho cộng đồng do nhận thức về nguồn nhiên liệu có nguồn gốc từ thực phẩm

-Cải thiện đáng kể chất lượng nhiên liệu và hiệu suất động cơ

ô-tô

- Phát triển kinh tế nông nghiệp

- Bảo đảm an ninh năng lượng

+Tiêu cực:

-Ảnh hưởng đến an ninh lương thực

- Nhiên liệu sinh học được sản xuất dưới mô hình độc canh,

sẽ hủy hoại đa dạng sinh học và gây ô nhiễm nặng tới nền đất

và nguồn nước

- Việc mở rộng các diện tích trồng cây làm nhiên liệu sinh học hủy hoại trực tiếp và gián tiếp (ví dụ làm di chuyển các hoạt động trồng trọt và chăn nuôi khác) nhiều diện tích rừng

B3) Năng lượng gió:

Khái niệm: Năng lượng gió là động năng của không khí di

chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng Mặt Trời Sử dụng năng lượng gió là một trong các cách lấy năng lượng xa

xưa nhất từ môi trường tự nhiên và đã được biết đến từ thời

kỳ Cổ đại.