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超離子導體英文解釋翻譯、超離子導體的近義詞、反義詞、例句

英語翻譯:

【化】 superionic conductor

分詞翻譯:

超的英語翻譯:

exceed; go beyond; overtake
【計】 hyperactive
【醫】 per-; ultra-

離子導體的英語翻譯:

【電】 ionic conductor

專業解析

超離子導體(Superionic Conductor),又稱快離子導體(Fast Ion Conductor),指的是一類具有特殊結構的固态材料。其核心特征在于:在固态下,特定離子(如 Ag⁺、Li⁺、Na⁺、O²⁻、F⁻ 等)能夠像在液體電解質中一樣,在晶格内部進行快速、長程的遷移,從而表現出接近甚至超過熔融鹽或液體電解質的離子電導率(通常在 10⁻² S/cm 至 1 S/cm 範圍),而其晶格中的其他離子則保持相對固定的位置。

詳細解釋與核心特性:

  1. 離子傳導機制與結構特點:

    • 超離子導體的高離子電導率源于其獨特的晶體結構。這類材料通常具有開放的、相互連通的離子通道或空位網絡,為特定離子的遷移提供了低能壘路徑。
    • 晶格中存在大量可移動離子的等效位置(亞晶格),且這些位置間的能量勢壘很低,使得離子在熱激活下能輕易地從一個位置“跳躍”到相鄰位置。同時,晶格框架(由相對固定的離子構成)提供了結構的穩定性。這種結構被稱為“熔融亞晶格”(molten sublattice)或“無序亞晶格”(disordered sublattice)。
    • 離子電導率 ($sigma$) 遵循阿倫尼烏斯關系:$$sigma T = A exp(-E_a / k_B T)$$ 其中 $A$ 是指前因子,$E_a$ 是離子遷移活化能,$k_B$ 是玻爾茲曼常數,$T$ 是絕對溫度。超離子導體的 $E_a$ 通常較低(< 0.5 eV)。
  2. 與普通導體的區别:

    • 普通離子導體: 離子電導率很低(如 NaCl 晶體,σ ≈ 10⁻¹⁵ S/cm 室溫),離子遷移需要克服高能壘,涉及缺陷(如肖特基缺陷、弗倫克爾缺陷)的産生和遷移。
    • 超離子導體: 離子電導率高,源于其本征結構特性(預存的離子通道/空位),無需依賴熱激活産生的點缺陷。其離子遷移活化能遠低于普通離子晶體。
    • 電子導體: 主要依靠電子或空穴的遷移導電(如金屬、半導體)。超離子導體通常要求電子電導率極低(是良好的離子導體和電子絕緣體),以避免自放電等問題。
  3. 典型例子與應用領域:

    • 銀離子導體: α-AgI(>147°C), RbAg₄I₅(室溫)。曆史上最早發現的超離子導體之一。
    • 鈉離子導體: β/β''-Al₂O₃(Na₂O·xAl₂O₃),用于鈉硫電池、鈉鎳電池。
    • 锂離子導體: LLZO (Li₇La₃Zr₂O₁₂), LATP (Li₁₊ₓAlₓTi₂₋ₓ(PO₄)₃), LISICON (Li₁₄Zn(GeO₄)₄),用于全固态锂電池。
    • 氧離子導體: 摻雜氧化锆 (YSZ),摻雜氧化铈 (GDC),用于固體氧化物燃料電池 (SOFC)、氧傳感器。
    • 氟離子導體: 如摻雜氟化鈣 (CaF₂),用于新型固态電池研究。
    • 應用: 全固态電池、燃料電池、化學傳感器、電緻變色器件、離子選擇電極、固态離子器件等。其優勢在于安全性高(無洩漏、不易燃)、能量密度潛力大、循環壽命長、設計靈活。

漢英關鍵術語對照:

權威參考資料:

  1. 《固體電解質導論》(Introduction to Solid State Ionics) - C. Julien, A. K. Ganguli, G. A. Nazri 等學者編著的書籍章節詳細闡述了超離子導體的物理基礎、材料體系和傳導機制。 (參見:主要固态電解質教科書章節)
  2. 《固體化學》(Solid State Chemistry) - 如 A. R. West 或 N. N. Greenwood 的經典教材中,關于缺陷化學和離子傳輸的章節是理解超離子導體的基礎。 (參見:标準固體化學教材)
  3. 美國物理學會(APS)相關綜述: 如 Reviews of Modern Physics 上關于超離子相變和傳導動力學的綜述文章提供了深入的物理圖像。 (參見:Rev. Mod. Phys. 相關綜述)
  4. 《電化學學會雜志》(Journal of The Electrochemical Society) - 該期刊持續發表關于新型超離子導體材料(如石榴石型、NASICON型、硫化物)的合成、表征及在電池中應用的最新研究。 (參見:J. Electrochem. Soc. 近期研究論文)
  5. 關鍵材料綜述: 如 Nature Materials, Nature Energy, Advanced Materials 等頂級期刊上關于特定類型超離子導體(如LLZO,硫化物玻璃)的綜述文章,總結了材料設計、性能優化和界面工程的進展。 (參見:Nat. Mater., Nat. Energy, Adv. Mater. 相關綜述)

網絡擴展解釋

超離子導體(又稱快離子導體或固體電解質)是一種具有特殊離子傳輸性能的材料,其核心特征在于接近液态電解質的離子電導率和低激活能。以下是詳細解釋:

  1. 定義與基本特性
    超離子導體屬于離子導體的一種,但其離子電導率遠高于普通離子導體。在特定溫度範圍内,其電導率可達$0.01 Omegacdot cm$(與液态電解質相當),且離子遷移激活能≤0.40 eV。這種特性源于材料内部存在高度有序的離子通道或缺陷結構,允許離子快速遷移。

  2. 與普通離子導體的區别

    • 電導率差異:普通離子導體(如傳統電解質溶液)的電導率隨溫度升高而增大,但超離子導體的電導率在常溫下即可接近液态水平。
    • 結構特征:超離子導體的晶體結構通常包含可容納離子自由移動的空隙或層狀通道,例如RbAgI和Na-β-Al₂O₃等典型材料。
  3. 主要應用領域
    超離子導體在能源領域尤為重要,例如:

    • 鈉硫電池:使用Na-β-Al₂O₃作為電解質,能量密度是鉛酸電池的4-5倍,適用于車輛動力源或儲能系統;
    • 固态電池:可替代傳統液态電解質,提升安全性和能量密度。
  4. 曆史背景
    該概念最早由法拉第于1834年提出,但直到1967年RbAgI等實用材料的發現後才進入應用研究階段。

總結來看,超離子導體通過獨特的結構設計實現了高效的離子傳輸,是固态電池、燃料電池等先進能源技術的核心材料之一。

分類

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