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B.Tech的教学大纲 - 能源工程
课程编号和标题：EN307能源应用的材料科学L-T-P-C：（奇数 /偶数 /任何）提供的3-0-2-8：学期vi vi vi前提条件：零序言 /目标（可选）：使学生理解材料原理，以及用于能源生产，收获对转换和存储的材料的不同类型。此外，根据分析工具对不同的能源材料进行分类。课程内容/教学大纲：材料科学概论，太阳能材料：半导体，本金和概念，硅类型，钙钛矿，高级材料；能源收集材料：压电，pyroelectric，热电，涡轮机；储能和转换材料：无机，有机材料，聚合物；高级材料：纳米/量子材料，生物材料，添加剂，复合材料，杂种，自我修复，3D打印材料；表征：X射线方法，电子显微镜，光谱工具（UV - Vis，IR，Raman，Mass和NMR）的原理，仪器，操作和应用否则将其作为“参考”。教科书：（格式：作者，斜体字体，音量/系列，版本，出版商，年。）1。a s bandarenka，能源材料，简短的能源转换和存储功能材料介绍，CRS出版社，2022年。2。t ratna，纳米材料表征：引言，Wiley，2016年。
具有功能性能的高级陶瓷材料
随着全球技术的动态进步，对新工程材料的研究适用于具有令人兴奋的特性的各种材料。这些材料包括改进的金属合金，新型塑料，陶瓷和复合材料，例如[1，2]。In terms of modern applications, the most important factors in the field of ceramic materials are high values of dielectric, ferroelectric, piezoelectric, pyroelectric, and magnetic properties obtained in various types of materials, e.g., ferroelectrics, piezoelectrics, pyroelectrics, piezoelastics, multiferroics, ferroelectro-ferromagnetic复合材料，带有钙钛矿型结构的材料，掺杂的陶瓷材料，无铅材料，生物材料等。[3 - 6]。近年来，对具有多性特性的材料进行了实验和技术研究，以进行微电源和微技术应用[7-9]。这些研究既涉及具有在一种材料中获得功能特性的材料的设计[10-12]（以及具有各种特性的材料以形成一种复合材料，例如，具有铁素体的铁电[13 - 18]），以及多组分材料的设计（例如，实心解决方案）[19-21]。这样的连接（与磁性和电源的耦合）允许获得新的材料特性，从而扩大了这些材料的应用可能性。具有高磁电效应和最佳特性的多效复合材料也是磁性电解或旋转技术中特定应用的潜在候选者[7，22 - 24]。For example, multiferroic properties can be used in interference sensors sensitive to field changes, during the precise control of electrical and magnetic fields, as well as temperature and pressure, and further in broadband detectors of the far infrared, as tunable multifunction transducers, pyroelectric sensors, oscillators, vibrators, electrostric- tive and magnetoelectric transducers,执行器，逻辑设备（用于存储信息）和微波设备[7-9，22]。适当的磁电耦合允许外部因素（磁场，电场，压力或温度）来控制磁性和电气性能，这使得可以在一种材料中获得新的内存类型[23 - 27]。因此，在一种材料中产生各种物理特性是获取现代和高性能工程材料以获得其多功能功能的一种有希望的方法。例如，获得具有高介电，压电和铁电特性的材料的组合以及具有高磁性的材料的组合，增加了磁电效应，这是许多应用的重要因素。基于具有多效性质的材料，各种换能器，传感器和内存元素发现了在微电子，宇宙学和高能量物理学中的更新和更多功能应用[9]。这导致需要持续改进这种材料的生产技术，以获得具有最佳且可重复的物理参数的产品。技术的改进伴随着同时搜索具有令人兴奋的特性的新型多用量材料。通过广泛的专业测试（包括热重时（DTA，TG，DTG），X射线（XRD）和微观结构分析（SEM，EDS，EDS，EDS，EDS，EPMA，>，EDS，EPMA，
薄膜 - EPRINTS SOTON-南安普敦大学
用光滑表面上的Si底物上的含铅锆酸钛酸盐（Pb（Zr X Ti 1-X）O 3）（PZT）化合物会为硅光子设备提供关键技术。为了在Si基板上集成PB（Zr X Ti 1-X）O 3的质量至关重要。在这里，我们使用改良的分子束外延工具应用了物理蒸气沉积技术，以将钙钛矿Pb（Zr X Ti 1-X）O 3放置在SI和PT底物上。我们开发了一种在SI底物上种植无裂纹PZT膜的方法。制造程序需要将TIO 2用作缓冲层，并在氧气大气下退火后退火。横截面扫描电子显微镜图像使得鉴定了两个不同的层：PZT和TIO 2，这也通过光谱椭圆法证实。X射线衍射模式表明从菱形hed中心到四方相的过渡以及Pb的钙钛矿相的形成（Zr 0.44 Ti 0.56）O 3。
利用能量收集实现自供电物联网设备
摘要：物联网 (IoT) 管理着一个由支持网络的智能设备组成的大型基础设施，这些小型设备使用嵌入式系统（例如处理器、传感器和通信硬件）来收集、发送和处理从其环境中获取的数据。因此，从实际角度来看，此类设备由节能存储、可扩展和轻量级节点组成，需要电源和电池才能运行。从上述原因来看，能量收集在提高物联网设备的效率和寿命方面发挥着重要作用。此外，从周围运行环境获取能量，能量收集对于从环境角度使物联网设备网络更具可持续性非常重要。本综述文章讨论了基于机械、气动弹性、风能、太阳能、射频和热释电机制的不同先进能量收集器。为了降低电池的功耗，电源管理集成电路 (PMIC) 起着至关重要的作用，有助于延长系统的使用寿命。此外，本文还讨论了为物联网设备提供电源管理的不同制造商的 PMIC。此外，能量收集网络可能会面临突出的安全问题，使系统的保密性面临风险。本篇评论文章还讨论了这些可能的攻击。
《纳米材料和生物结构文摘》第 18 卷，第 1 期，2023 年 1 月 - 3 月，第 55 - 68 页琥珀酸物种的影响
纳米材料和生物结构文摘第 18 卷，第 1 期，2023 年 1 月 - 3 月，第 55 - 68 页琥珀酸物种对甘氨酸单晶的结构、光谱、光学、Z 扫描、倍频、光电导和抗菌性能的影响 NS Priya a、SA Chudar Azhagan b、* a 印度哥印拜陀尼赫鲁工程技术学院物理系 b 印度哥印拜陀政府技术学院物理系以琥珀酸为添加剂，通过传统溶剂缓慢蒸发路线生长甘氨酸单晶。研究了琥珀酸对甘氨酸同质异形体的生长、光学和介电性能的影响。通过振动 FTIR 光谱光度计鉴定了功能团的存在。较高频率范围内的低介电常数和介电损耗证明生长的晶体可用于倍频应用。计算了生长晶体的激光损伤阈值能量。通过 Z 扫描实验评估了添加琥珀酸的甘氨酸晶体的三阶非线性磁化率 χ (3) (esu)。 (2022 年 8 月 14 日收到；2023 年 1 月 12 日接受) 关键词：γ-甘氨酸、琥珀酸、介电材料、光子应用 1. 简介寻找新的复杂 NLO 材料是当前研究扩展科学和通信技术的基本部分。铁电材料在光电子领域具有广泛的工业应用，例如电容器、军事服务、执行器、电信、非易失性存储设备、自动门禁系统、高性能栅极绝缘体和医疗设备等 [1-2]。铁电材料因其明确的介电、压电和热电特性而成为广泛电子和机电一体化设备中的首选材料。近年来，具有非线性光学 (NLO) 特性的铁电材料因其在光电子和光子技术领域的潜在应用而备受关注。铁电琥珀酸具有良好的热电性能。琥珀酸是一种天然存在的有机材料，属于二羧酸，是三羧酸循环的中间体。它通常用于生物和工业应用，也用作红外 (IR) MALDI 分析方法中的基质 [3-4]。目前，琥珀酸晶体广泛用于制造高电子迁移率晶体管 (HEMT)。琥珀酸与有机材料的结合提高了其铁电性能 [5]。在多晶型晶体中，氨基酸甘氨酸是最简单的晶体，在环境条件下表现出三种不同的多晶型，即 α-甘氨酸、β-甘氨酸和 γ-甘氨酸。甘氨酸的有机和无机复合物最近因其铁电、介电和非线性光学特性而受到科学界的关注。γ-甘氨酸晶体表现出强压电和非线性光学效应 [6-8]。甘氨酸同质异形体的非线性和介电响应是器件制造应用的重要参数。为了制造非线性光学器件，材料应在高频区域具有低介电常数和低介电损耗。此外，还要减少微电子工业中的 R c 延迟。如今，各种研究人员报告了 γ-甘氨酸单晶的一些重要特性 [9-12]。因此，在目前的研究中，已从琥珀酸添加剂环境中收获了 γ-甘氨酸单晶。
可持续交通道路上利用车辆和自然资源进行能量收集的技术和设备：最先进的分析和商业解决方案
摘要：我们每天行驶的道路都受到多种能源的影响（机械负荷、太阳辐射、热量、空气流动等），这些能源可用于使道路的常见系统和设备（即照明、视频监控和交通监控系统）实现能量自主。几十年来，研究小组已经开发出许多能够从与道路相关的能源中获取能量的技术：用于汽车压力和振动的电磁、压电和摩擦电收集器、用于阳光的光伏模块、用于热量的热电溶液和热电材料以及针对低速风（例如由移动车辆产生的风）优化的风力涡轮机。因此，本文探讨了从道路上可用的能源中获取能量的现有技术，包括自然能源和与车辆运输相关的能源。首先，为了将它们置于应用场景中，我们确定并描述了可用的能源和转换机制，并讨论了开发适用于道路的收集器必须考虑的主要要求。随后，概述了科学文献中提出的从道路回收能量的能量收集解决方案，并根据转换方法（即压电、摩擦电、电磁、光伏等）和拟议的系统架构对其进行分类。随后，介绍了市场上可用于从道路回收能量的商业系统，重点介绍了它们的架构、性能和安装方法。最后，对每个设备类别（即科学作品和商业产品）进行比较分析，提供见解以确定开发未来自给自足的智能道路最有前途的解决方案和技术。
用于能量存储和转换的纳米结构材料
可再生能源的转换和储存是我们实现从化石燃料经济向低碳社会转型的迫切挑战。我很难想象，如果没有材料科学和技术的进一步突破，这场革命会如何发生。事实上，当代材料史凸显了许多改变游戏规则的材料，这些材料对我们的生活产生了深远的影响，并有助于减少二氧化碳排放。高效光伏电池、蓝色发光二极管和锂离子电池阴极是基于知识的材料发展最具启发性的例子，它们经历了指数级的市场渗透，并获得了最高的科学奖项。这些成功案例与材料科学中的许多其他案例一样，都是建立在对纳米级相互关联的过程进行定制控制的基础上的，例如电荷激发、电荷传输和复合、离子扩散、插层以及物质和电荷的界面转移。纳米结构材料由于其超小的构造块和较高的界面体积比，为那些希望提高材料的能量转换效率或功率和能量密度的科学家提供了丰富的工具箱。纳米科学使材料定制工具的例子包括：（i）快速分离和收集光激发电荷，避免复合问题；（ii）由于表面积大而具有高催化活性；（iii）加速离子和原子沿纳米晶体界面的扩散，以及（iv）由于纳米结构表面的低反射率而增强的光收集。此外，纳米粒子（NPs）中还会出现新现象，例如表面等离子体共振，它极大地改变了金属和电磁场之间的相互作用，超顺磁性，将铁磁粒子变成集体顺磁体，以及激子约束，这会导致半导体量子点的尺寸相关颜色。本期特刊发表的 10 篇文章展示了纳米材料在能量存储和转换领域的不同应用，包括锂离子电池 (LIB) 电极及其他应用 [ 1 – 3 ]、光伏材料 [ 4 – 6 ]、热释电能量收集 [ 7 ] 和 (光) 催化过程 [ 8 – 10 ]。以下简要总结了这些科学贡献。目前正在研究用于替代 LIBs 中石墨的三种主要阳极材料：(i) 新型碳质材料，(ii) 转化型过渡金属化合物，以及 (iii) Si 和 Sn 基阳极。Dai 等人报道了通过脉冲激光沉积在纳米多孔氧化铝模板上制备的有序 SnO 2 纳米柱阵列的电化学性能，并用作 LIBs 的转化型阳极 [ 1 ]。有序的纳米柱结构为锂化/脱锂过程中的体积膨胀提供了充足的空间，提供了一种缓解影响转化型阳极的性能下降的策略。改进的结构完整性和稳定性使其在 1100/6500 次循环后仍能保持 524/313 mAh/g 的高比容量。在 Azib 等人的研究中，Si/Ni 3.4 Sn 4 复合阳极中 Si 纳米粒子的表面化学性质通过碳或氧化物涂层进行改性 [ 2 ]。在通过球磨制备复合材料的过程中，涂层大大降低了 Si 和 Ni 3.4 Sn 4 之间的反应。碳涂覆的 Si 粒子具有更好的锂化性能，可以提供超过