Materials Issues for Generation IV Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Ghetta, Veronique (EDT)/ Gorse, Dominique (EDT)/ Maziere, Dominique (EDT)/ Pontikis, Vassilis (EDT)

出品人:

页数:601

译者:

出版时间:

价格:269

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isbn号码:9781402084218

丛书系列:

图书标签:

• 核能
• 第四代核系统
• 材料科学
• 材料问题
• 核材料
• 高温材料
• 腐蚀
• 辐照
• 结构材料
• 先进核能

现代能源转型中的先进材料科学与工程 一部深入探索下一代能源系统材料挑战与前沿解决方案的权威著作 全书导言：面向未来的能源革命 全球正以前所未有的速度迈向低碳、高效和可持续的能源未来。这场深刻的能源转型，不仅依赖于宏观政策的制定与能源结构的调整，更在根本上取决于支撑新一代能源系统的核心技术——先进材料的突破。本书《现代能源转型中的先进材料科学与工程》旨在全面梳理和深入剖析当前驱动能源技术革新的关键材料体系，重点关注那些旨在解决现有技术瓶颈、实现更高性能、更长寿命和更低环境影响的前沿材料。我们聚焦于热力学、动力学、结构完整性、服役环境适应性以及可持续性等核心科学问题，为材料科学家、工程师、能源技术研发人员以及政策制定者提供一个既具理论深度又富含实践指导意义的综合参考框架。 --- 第一部分：核能复兴与极端环境材料的挑战 第一章：第四代核反应堆（Gen IV）材料的极端服役环境分析 本章详细阐述了第四代核反应堆（包括快堆、熔盐堆、气冷堆等）在设计运行中所面临的独特且极为苛刻的环境条件。重点讨论了高温（>650°C）、高辐照通量、化学腐蚀性介质（如液态金属、熔盐）对结构材料的综合作用机制。我们将分析高温蠕变、辐照脆化、辐照引起的材料相变和晶界迁移等关键问题，并引入先进的有限元分析（FEA）和原位表征技术在预测和理解材料行为中的应用。 第二章：先进反应堆结构与包壳材料的演进 本章聚焦于第四代反应堆中关键承载部件和燃料包壳材料的最新发展。讨论了奥氏体和铁素体/马氏体不锈钢在新型辐照环境下的性能退化机制。深入探讨了高温合金（如镍基高温合金）在热电效率提升背景下的应用潜力与局限性。特别关注了为解决传统材料在快堆中辐照肿胀和脆化问题的先进无/低活化材料，如钒合金和SiC基复合材料的制备工艺、微结构控制及其辐射损伤修复机制研究。 第三章：熔盐堆（MSR）中的腐蚀与材料兼容性 熔盐堆因其固有安全性优势而备受关注，但其对材料的腐蚀挑战是巨大的。本章系统分析了不同熔盐混合物（如氟化物盐、氯化物盐）的电化学特性及其与反应堆结构材料的相互作用。详细阐述了氧化、还原腐蚀机制，重点研究了在高温高辐射场下，盐中活化产物对材料表面的侵蚀过程。此外，本章也涵盖了针对新型合金设计和表面改性技术（如涂层技术）以提高材料耐熔盐腐蚀性能的最新进展。 --- 第二部分：可再生能源系统中的核心材料科学 第四章：下一代光伏技术：钙钛矿太阳能电池的稳定性与效率瓶颈 本章全面回顾了当前光伏领域的研究热点——钙钛矿太阳能电池（PSC）。重点剖析了影响PSC商业化部署的结构稳定性问题，包括湿气、氧气、热应力以及光照老化对钙钛矿晶格结构的破坏机制。详细讨论了界面工程在钝化缺陷、提高电荷传输效率方面的作用，以及新型无铅或低毒性钙钛矿材料体系的开发进展，旨在实现长期稳定运行和大规模生产。 第五章：储能前沿：固态电池与新型电解质材料 储能技术是能源转型的基石。本章将聚焦于固态电池（SSBs）的材料体系。对全固态电解质（SSEs）的研发进行了深入探讨，包括氧化物（如LLZO）、硫化物和聚合物基电解质的离子导电率、界面阻抗以及机械性能的权衡。详细分析了正负极材料与固态电解质界面接触不良导致的电化学“死区”形成机理，并介绍了原位表征技术如何用于监测和优化固-固界面反应。 第六章：高效电催化与燃料电池中的铂族金属替代 本章探讨了实现绿色氢能和清洁燃料电池技术所面临的材料挑战。重点分析了电催化剂的活性、选择性和耐久性。详细对比了传统的贵金属催化剂（如Pt）与非贵金属催化剂（如Fe-N-C、过渡金属氧化物）在析氢反应（HER）、析氧反应（OER）和氧还原反应（ORR）中的性能差异。探讨了纳米材料的形貌控制、电子结构调控如何有效地降低贵金属用量并提升催化剂的周转频率（TOF）。 --- 第三部分：可持续性、循环经济与先进制造技术 第七章：关键稀有金属的回收与循环材料设计 能源转型对锂、钴、镍、稀土元素等关键战略金属的需求激增，使得材料的生命周期管理和循环经济变得至关重要。本章系统介绍了从退役电池、报废电子产品中高效回收有价金属的湿法冶金、火法冶金以及新兴的生物浸取技术。更重要的是，本章强调了“从摇篮到摇篮”的设计理念，即如何通过化学和结构设计，使能源系统材料（如电池正极材料、催化剂载体）在初次使用后易于拆解和再加工。 第八章：增材制造（AM）在高性能能源部件中的应用与材料表征 增材制造技术（3D打印）为复杂几何形状和定制化材料结构提供了革命性的制造能力。本章探讨了如何利用选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）等技术制造高温合金、陶瓷基复合材料（CMCs）以及高熵合金在能源领域的应用。着重分析了增材制造过程中特有的热历史和快速凝固速率对最终材料微观结构（如晶粒尺寸、缺陷演变、残余应力）的影响，以及如何通过后处理工艺（如热等静压HIP）来消除内应力和优化性能。 第九章：服役中材料的实时监测与智能维护 为确保复杂能源系统的长期安全运行，对材料状态的实时、无损评估至关重要。本章介绍了智能传感器和嵌入式监测技术在材料健康管理中的应用。探讨了光纤布拉格光栅（FBG）传感器在监测高压管道的应变和温度梯度，以及电化学阻抗谱（EIS）在评估电池和燃料电池内部界面退化中的应用。本章总结了如何将大数据分析和机器学习算法集成到材料监测系统中，以预测潜在的失效模式并优化维护计划。 --- 结语：跨学科融合驱动的未来材料蓝图 本书的最终目标是搭建一个连接基础科学研究与工程实际应用的桥梁。下一代能源系统的成功不再是单一学科的胜利，而是材料学、化学、物理学、力学以及人工智能深度融合的产物。我们希望本书能激励读者跳出传统学科的范式，以系统性的、面向生命周期的视角，共同推动材料科学在构建可持续能源未来中的核心作用。

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