电动汽车中的化学论文
㈠ 汽车系毕业论文范文
厢式汽车底盘改装设计
【摘要】根据用户需求,使厢式汽车具有各种功能,必须对其底盘进行改造。文章在分析底盘改装设计内容和要
求的基础上,对车架后悬的改装,千斤顶的安装,油箱的移位等提出改造设计方案,并提出了操作注意事项。
【关键词】底盘;改装设计;注意事项
0引言
厢式汽车是具有独立的封闭结构车厢或与驾驶
室联成一体的整体式封闭结构车厢,装备有专用设
施,用于载运人员、货物或承担专门作业的专用汽车
厢式汽车主要由二类汽车底盘、车厢,连接装置等组
成。多数情况下,生产厢式汽车的专用汽车改装厂自
己不生产底盘,而是从生产汽车的主机厂购买二类汽
车底盘,回厂后根据需要对底盘进行改装设计。
为了满足用户提出的要求,保证厢式车具有各种
各样的功能,需要对底盘进行这样那样的改装设计
总结笔者多年来的工作经验,底盘改装项目主要有车
架后悬的改变、加装千斤顶、油箱移位、移动横梁、移
动汽液管等。改装时,总的原则是不影响、不降低原二
类底盘的性能,不允许随意改变底盘轴距、轮距,保证
改装后底盘的强度性能。改装设计应使原来底盘的保
养部位、润滑点、注油口、蓄电池和驾驶室翻转操纵机
构易于接近,便于操作,不能损坏原底盘上为用户正
确使用而设置的各种标识,不应使底盘的维修及保养
变得困难[1]。
1车架后悬的改造
1.1后悬改装设计
车架后悬的改造有两种情况,1)后悬缩短。2)后
悬加长。按照GB7258《机动车运行安全技术条件》[2]要
求,客车及封闭式车厢的车辆后悬不得超过轴距的
65%,最大不得超过3.5m。对于特殊改装汽车,除了满足上述条件外,为了保证车辆越野性,还要满足离去角
要求,GJB219B《军用通信车通用规范》[3]中规定,底盘
改装后离去角不得小于26°。一般情况下,车架后端至
上装车厢后端的距离不得超过400mm。
当缩短车架后悬时,要保留后横梁或直接利用后
横梁附近之前的横梁,同时注意不能损坏板簧后吊耳
的连接。当加长车架后悬时,后横梁至前一横梁的距离
不应大于1200mm~1400mm,必要时在延长的空间内
纵向增加辅助横梁。不论缩短还是加长车架后悬,改制
后的后横梁在车架大梁前大约50mm左右(见图1)。
后悬加长设计时,为了保证车架的强度,要采用与
原车架纵横梁同型号、规格的材料,材料的性能、质量
应符合相应标准的规定,一般车架都选用16MnL专用
材料。
1.2后悬改装操作注意事项
后悬改装时要移动后横梁或增加辅助横梁,横梁
与纵梁上下翼联接最好采用铆接方式。铆接具有工艺
简单、抗震、耐冲击和牢固可靠等优点。如果采用螺栓
联接,要注意螺栓应采用强度等级不低于8.8级的螺
栓,螺母应采用自锁螺母,整体上要保证强度和防松
要求。
纵梁加长一般采用焊接方式,为了确保车架加长
不出现质量问题,一般企业都制定了《车辆改装车架
接长专用工艺规程》,其中规定了焊接人员、设备、材
料、操作方法等,每批产品改装前都要做焊缝强度试
验,试验合格后,才允许按照工艺要求进行施工。
试样材料与被接长的纵梁一致,一般都是16MnL,
按照下图制作两件(见图2)。
两件对接立焊,采用J507或J502焊条,分两次焊
完,底层采用!(3.2mm焊条,顶层采用(!4mm焊条,电
流I=110~170A。焊缝要求如下(图3)。
㈡ 新能源汽车的论文
你自己按照个人情况改改!摘要:本文从新能源汽车的市场现状开始,利用营销中市场的概念和SWOT分析法,阐述和分析了海口新能源汽车的发展前景,阐明了海口新能源汽车还属于产品的导入期,并建议“先公后私”引入新能源汽车等观点。
关键词:新能源汽 SWOT 产业化
在石油能源严重紧缺、节能呼声日益高涨的背景下,新能源汽车研究项目被列入国家 “十五”期间的“863重大科技课题”,并规划了以汽油车为起点,向氢动力车目标挺进的战略。从2009年起,中国新能源汽车市场将进入产品导入期,由科技部牵头的国家节能与新能源汽车大规模推广应用工程将全面启动。新能源汽车将在我国一批中心城市全面开花,并有望形成一定规模。 各家汽车企业都希望能够占据先机,从日益膨胀的新能源汽车市场中分到更大的一块蛋糕。继北京奥运会之后,于2010年举办的上海世博会也将为新能源汽车加速发展提供了契机。而上海市作为下届世博会的主办城市,有关部门表示,为迎接世博会,明年上海将有1000辆左右的新能源汽车投入使用。那么对于中国最南端的省会城市并荣获“中国人居环境奖”的海口市,其新能源汽车的发展前景又是如何呢?
一、市场=购买规模+购买力+购买欲望
1. 海口的新能源汽车市场有没购买规模
根据数据显示:2008年底海口市常住人口180多万人,2008年12月31日,海口市机动车保有量28.7万辆,较2007年增长8.24%。目前新车入户日均100辆,高峰期达380辆,年增长3万辆,截至目前,海口市共有机动车驾驶人40万人。随着海口市民生活质量的不断提高和改善,私家车成为机动车增长的新亮点。全市民用汽车拥有量15.28万辆,比上年增长18.6%,其中私人汽车拥有量10.48万辆,增长26.5%。民用轿车拥有量8.61万辆,增长25.6%,其中私人轿车拥有量6.78万辆。据了解,在5年的机动车增长过程中,私家车占了46%,位居全国前列。但是从其他大中型城市的保有量和人口比例来分析,海口的汽车市场前景还是非常的广阔。
2. 海口的新能源汽车市场有没购买力
《2008年海口国民经济社会发展统计公报》显示:2008年全年海口市生产总值(GDP)实现443.18亿元(不含农垦,下同),按可比价格计算,比上年增长10.4%,已连续11年保持两位数增长,经济增长率比全国平均水平高1.4个百分点。从三产业情况看,第一产业实现增加值31.4亿元,增长8.6%;第二产业实现增加值113.28亿元,增长1.7%,第三产业实现增加值298.5亿元,增长14.4%。一、二、三产业结构为7.0:25.6:67.4。按常住人口计算,人均生产总值达3573美元(按平均汇率),比上年增长8.0%。2008年末,全市城镇从业人员29.1万人(不包括私营企业、乡镇企业从业人员及个体劳动者),比上年增长3.2%,其中,在岗职工人数28.9万人,增长6.5%。全年实现新增就业人员31313人,其中下岗失业人员再就业12377人,职业技能培训11798人,其中再就业培训5730人;农村富余劳动力转移就业11290人,创业培训1149人。按照众泰2008EV公布基本型以11.98万元的市场价格出售的新能源汽车来看,它创造了目前国内纯电动乘用车领域的最低价,但这一价格与传统汽车相比,仍高出了一大截。如果用锂电池改造一个传统动力的轿车,附加成本是15万元-16万元,而如果是公交车,就是50万元-60万元。所以从人均生产总值和就业情况来来看,海口居民购买电动车的购买力还比较弱。
3. 海口的消费者对于新能源汽车市场有没购买欲望
日前,新华信针对消费者的新能源汽车购买意向调查显示,仅有7.8%的被访者表示肯定会购买新能源汽车,超过七成以上的被访者态度不明朗,另有16.5%的被访者表示肯定不会购买。是什么原因导致消费者对新能源汽车的购买表现迟疑?此次调查显示,“车价太高”成为阻碍消费者购买新能源汽车的主要原因。其次,对新能源车“技术不信任”、“担心维修便利性”、“燃料添加不方便”等原因也是消费者不考虑购买新能源汽车的理由。新能源汽车普遍售价过高,而纯电动以及充电式混合动力汽车都需要电源等基础设施的支持,如果政府财力不能给予足够的补贴,或者无法建成完善的充电设施,相对于技术成熟稳定的传统动力车型而言,消费者对新能源汽车这一新生事物的认识还不足,所以从购买欲望来看,海口的大部分居民没有够买新能源汽车的意向。
市场=购买规模+购买力+购买欲望,从市场构成的三要素来看海口的新能源汽车市场有没购买规模,从其他大中型城市的保有量和人口比例来分析,还是非常的广阔,但是从人均生产总值和就业情况来来看,海口居民购买电动车的购买力还比较弱,由于消费者对新能源汽车“车价太高” 、“技术不信任”、“担心维修便利性”、“燃料添加不方便”等原因,使其购买欲望偏低。
二、海口市新能源汽车的发展前景的SWOT分析
1. 海口市新能源汽车的发展前景的优势(strength)分析
国家信息中心预测,我国乘用车市场的高速增长态势将至少再持续15 年,需求年均增长率大致相当于GDP 增长率的1.5 倍左右。2009 年轿车将大量进入家庭(中等收入家庭具备购车能力)。从定性角度看,轿车市场至少还将有20 年的快速增长。如果国内GDP2020 年比2000年翻两番的话,2020 年前后我国将超过美国,汽车需求量将达到2000 万辆,成为世界第一大汽车市场。
自1988年,海南建省并成为全国最大的经济特区,海口市成为海南省省会以来海口市便获得了十佳城市、国家环境保护模范城市、全国卫生城市、中国优秀旅游城市、国家园林城市、国家历史文化名城、全国创建文明城市工作先进市、全国城市环境综合整治优秀城市、“中国人居环境奖” 等城市美誉。海南一贯的发展思路是旅游岛、环保岛、健康岛,新能源汽车便是这个城市的另一种环保和健康。 从海口市的经济发展前景和汽车市场发展规模来看,在城市的公交、出租车、公务、环卫和邮政等公共服务等领域,新能源汽车有很大的市场空间。
2. 海口市新能源汽车的发展前景的劣势(weakness)分析
(1)交通拥挤、混乱。近5年来海口机动车和驾驶员数量持续增长,给道路交通管理带来了空前的压力。据了解,海口现有城市道路859条,总长度1797公里,机动车拥有量为25万辆,且正以每日200辆的速度增长着,其中私家车占有量高达26%,以当前海口的交通网络显然是无法满足机动车行驶需求的。其次,城市中心区域道路改造速度缓慢,对原有道路改造还未形成系统工程,特殊是多颈路,断头路长年以来未得到有效改造。严重制约着其他主干道的通行及分流量能力。再次,还存在精态道路交通及建设滞后问题,如海口现有的停车场因不能容纳下过多的车辆,导致司机在一些路段两旁停车。这使得本来就不宽的道路变得更加狭窄。还有就是海口交通发展落后,市民出行方式单一,摩托车、私家车等出行成为市民首选,使道路资料利用率降低。如府城的中介路是海口摩托车与风采车泛滥最为严重的地方之一。在候车店旁,挤满了摩托车与风采车。他们占道抢客,阻碍了其他过往车辆的正常通行,轻易引起堵车。海口交通警力不足,路面管控点,盲区过多,人们的交通, 观念淡薄,公交车的线路重叠严重,站点安排不合理。有些路段的塞车严重,特别是节假日或上下班高峰时,交通是混乱不堪。
(2)车位供小于求。资料显示,目前,海口的汽车保有量已超过16万辆,并以每年2万多辆的速度递增。据了解,目前海口市平均每天有60多辆新车上路,而在一天之间增加这么多车位显然不太现实。在未来几年内,不论是小区车位还是公共车库都会更加趋于紧张。
交通混乱、堵塞、车位难求,不仅是海口汽车市场,也是海口新能源汽车市场发展的一个致命症结。
3. 海口市新能源汽车的发展前景的机会(opportunity)分析
(1)政府鼓励。今年2月5日,科技部和财政部联合出台《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》,宣布为鼓励节能汽车发展,中央财政将对购置节能与新能源汽车给予一次性定额补助,鼓励全国13个试点城市率先在公交、出租车、公务、环卫和邮政等公共服务领域推广使用节能与新能源汽车。《办法》明确规定,中央财政对购置节能与新能源汽车将按同类传统汽车的基础价差,并适当考虑规模效应、技术进步等因素给予一次性定额补贴。其中,长度10米以上城市公交客车是此次补贴的重点,混合动力客车最高每辆补贴42万元,纯电动和燃料电池客车每辆补贴分别高达50万元和60万元。
(2)新能源汽车技术逐步成熟完善。在“十五”电动汽车重大专项和清洁汽车科技行动攻关计划的基础上,“十一五”期间,在“863”计划中又启动了“节能与新能源汽车”重大项目,继续支持节能与新能源汽车关键技术研发和产业化。 这期间,我国科技计划累计投入近20亿元,分别组织实施了“电动汽车重大科技专项”和“节能与新能源汽车重大项目”,确立了“三纵三横”的研发布局,即燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车三种整车技术为“三纵”,多能源动力总成系统、驱动电机、动力电池三种关键技术为“三横”。目前,我国基本掌握了新能源汽车技术,建立了节能与新能源汽车的动力技术平台,形成了一个比较完整的关键零部件体系,开发出一批节能与新能源汽车的产品,实现了小批量的整车能力。在我国节能与新能源汽车的研发布局中,纯电动车和燃料电池车、混合动力车“三驾马车”并驾齐驱。 通过持续开展的技术攻关,我国的新能源汽车产品日益成熟。在混合动力汽车方面,我国在系统集成、可靠性、节油性能等方面进步显著,依据不同混合度方案,实际路况运行节油10%至40%,混合动力整车产品开始小批量进入市场。 在纯电动汽车方面,我国处于国际先进水平,使用大容量锂离子动力蓄电池的纯电动客车在奥运中心区的规模应用,代表了当代国际纯电动大客车的先进水平。纯电动轿车具有成本优势,已开始小批量出口欧美,国内市场需求也不断加大。在燃料电池汽车方面,我国的整车集成技术、动力平台的成熟性、整车的可靠性有了新的提高,无故障间隔里程与国外同步达到3000公里,燃料经济性优于国外燃料电池汽车,并取得了“新一代整车控制器”、“两挡变速器”、“氢电系统安全性碰撞”等一批原创性研究成果。
4. 海口市新能源汽车的发展前景的威胁(threat)分析
(1)技术问题。对于新能源汽车来说,电池技术是主要瓶颈。研制成本低、体积小、持续能力强,并且使用寿命长的电池是破解新能源汽车难题的关键。此外,如何保证由电机系统组成的动力总成与整车匹配,是亟待解决的技术问题。
(2)产业化问题。 我国能源汽车战略应尽快形成上下一盘棋的局面。而当前各地争相上马新能源汽车联盟和产业基地,或将导致更严重的地方保护主义,不利于新能源战略的推广。 另外,国内节能与新能源汽车生产企业并没有足够的技术实力迎接产业化的到来。在混合动力汽车关键零部件领域,国内企业的产品可靠性以及自动变速箱生产经验等方面均与国外产品存在一定差距。
从海口市新能源汽车的发展前景的SWOT分析来看,海口市的新能源汽车的发展前景有着发展公共服务等领域的优势,同时由于城市交通的混乱、堵塞、车位难求等劣势,制约着海口新能源汽车市场的发展,但由于我国政府对于新能源汽车的政策鼓励和支持,各民族自主企业的发奋图强,攻破了新能源汽车的层层技术难关,海口新能源汽车市场又面临了新的机遇。
三、发展前景建议
1. 引导消费者改变消费观念
多年来的汽车消费习惯导致人们对汽车新事物——新能源汽车的认识存在诸多偏见,例如价格太贵、性能不稳定、使用不方便和维修太贵等等。无论是政府还是汽车厂家都应该从各个方面去正确引导消费者,让他们对新能源汽车有一个正确而客观的认识,让汽车消费更加理性和科学。倡导汽车新消费=环保+诚信+车德的理念,使消费者在购买新能源汽车的时候感受到自己作出的社会贡献。
2. 解决交通混乱、车位难求的现状
海口目前总的交通状况是交通网络发展缓慢与车辆众多之间的矛盾,贯穿海口的交通。还有停车问题、占道拉客问题等一系列的问题构成海口市交通的主要问题。建议相关职能部门必须制定海口交通短期改造计划及长期建设规划和相关政策解决车位难求的现状。
3. 政府加大鼓励和指导力度
新能源汽车除了混合动力之外,纯电动车及其他代用燃料车应由国家统一标准。启动的节能与新能源汽车示范推广试点,在3至5年的补贴期内增强自主创新产品竞争力,以顺利进入产业化阶段,降低企业生产成本,使其售价满足消费者的需求。同时建立与新能源汽车相关的产业结构,如充电站、新能源汽车检测与维修中心,联合生产厂家建立和完善售后服务体系。
4. “先公后私”引如新能源汽车
海口新能源汽车还属于产品的导入期,建议先从公交、出租车、公务、环卫和邮政等公共服务领域推广使用节能与新能源汽车,逐步改变消费者,特别是私家车主的消费观念,在发展新能源汽车的私家车市场。
㈢ 电动汽车的发展前景论文
摘 要 随着环境污染的日趋严重和“低碳经济”概念的不断推广,节能减排成为当今热点问题。而如今汽车保有量逐年增加,在导致交通拥堵的同时也造成了严重的环境污染,能源危机问题也亟需解决。在此背景下,开发新能源,研制节能环保型汽车是汽车工业可持续发展的必然选择。笔者就新能源汽车的发展现状和发展趋势,以及我国新能源汽车发展所遇到的问题作出阐释与总结。
关键词 新能源汽车 发展现状 发展趋势€E烀媪倌烟
中图分类号:U473 文献标识码:A
1 引言
在我国,新能源汽车概念最早在20世纪60年代“十一五”初期的“863计划”中提出。新能源汽车概念一提出,就引起了社会和学术界的广泛讨论,行业内各厂商也表现出较高积极性,不断尝试研发不同类型的新能源汽车。那么,新能源汽车是如何定义的呢?目前,对于新能源汽车的定义各有侧重,新能源汽车的概念和分类标准也没有统一,本文将从普遍认同的概念和分类进行阐述。新能源汽车可以分为广义和狭义新能源汽车。广义上讲,新能源汽车指除汽油和柴油发动机等内燃机之外所有其它能源汽车。包括氢能源汽车、燃气汽车、燃料电池汽车和混合动力汽车等,废气排放量相对较低或者零排放。从狭义上讲,新能源汽车指采用非常规车用燃料作为动力来源,综合车辆的动力控制和驱动两方面的技
㈣ 请教高手:浅析汽车新能源技术发展状况论文怎样写
立帜汽车制造网 随着世界能源危机和环保问题日益突出,汽车工业面临着严峻的挑战。一方面,石油资源短缺,汽车是油耗大户,且目前内燃机的热效率较低,燃料燃烧产生的热能大约只有35%—40%用于实际汽车行驶,节节攀升的汽车保有量加剧了这一矛盾;另一方面,汽车的大量使用加剧了环境污染,城市大气中CO的82%、NOx的48%、HC的58%和微粒的8%来自汽车尾气,此外,汽车排放的大量CO2加剧了温室效应,汽车噪声是环境噪声污染的主要内容之一。我国作为石油进口国和第二大石油消费大国,污染严重,世行认定的20个污染最严重的城市有16个在中国。国内汽车产品水平与国外差距很大,平均油耗高出10%—30%,排放约为15—20倍,汽车工业面临的压力更大。
上个世纪末以来世界各国和各大汽车公司以及国内各大科研机构和高等院校纷纷致力于开发清洁节能汽车,新能源汽车获得了长足发展。汽油和柴油是传统内燃机汽车的能源,利用除此以外的能源提供汽动力的汽车均可称为新能源汽车。目前正在开发的新能源包括天然气、液化石油气、醇类、二甲醚、氢、合成燃料、生物气、空气以及电荷燃料电池等。
本文介绍新能源汽车技术的发展概况,并对其发展前景提出看法。
1 新能源汽车的种类及其特点
1.1 天然气汽车和液化石油气汽车
天然气汽车又被称为“蓝色动力”汽车,主要以压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、吸附天然气(ANG)为燃料,常见的是压缩天然气汽车(CNGV)。液化石油气汽车(LPGV)是以液化石油气(LPG)为燃料。CNG和LPG是理想的点燃式发动机燃料,燃气成分单一、纯度高,与空气混合均匀,燃烧完全,CO和微粒的排放量较低,燃烧温度低因而NOx排放较少,稀燃特性优越,低温起动及低温运转性能好。其缺点是储运性能比液体燃料差、发动机的容积效率较低、着火延迟期较长。这两类汽车多采用双燃料系统,即一个汽油或柴油燃料系统和一个压缩天然气或液化石油气系统,汽车可由其中任意一个系统驱动,并能容易地由一个系统过渡到另一个系统。康明斯与美国能源部正合作开发名为“先进往复式发动机系统(ARES)”的新一代天然气发动机,根据开发目标,该发动机热效率达50%(热电联产时达到80%以上),NOx排放量低于0.1g/km,制造成本为400450美元/kW,维护费用低于0.01美元/kwh,在满足这些目标的同时,发动机具有较高的可靠性。
1.2 醇类汽车
醇类汽车就是以甲醇、乙醇等醇类物质为燃料的汽车,使用比较广泛的是乙醇,乙醇来源广泛,制取技术成熟,最新的一种利用纤维素原料生产乙醇的技术其可利用的原料几乎包括了所有的农林废弃物、城市生活有机垃圾和工业有机废弃物。目前醇类汽车多使用乙醇与汽油或柴油以任意比例掺和的灵活燃料驱动,既不需要改造发动机,又起到良好的节能、降污效果,但这种掺和燃料要获得与汽油或柴油相当的功率,必须加大燃油喷射量,当掺醇率大于15%—20%时,应改变发动机的压缩比和点火提前角。乙醇燃料理论空燃比低,对发动机进气系统要求不高,自燃性能差,辛烷值高,有较高的抗爆性,挥发性好,混合气分布均匀,热效率较高,汽车尾气污染可减少30%以上。这种汽车最早由福特公司在20世纪80年代中期开发,到2003年底,美国有230多万辆乙醇汽车,其中多数是道奇和克莱斯勒厢式车——2003年已卖出233466辆。
1.3 氢燃料汽车
氢是清洁燃料,采用氢气作燃料,只需略加改动常规火花塞点火式发动机,其燃烧效率比汽油高,混合气可以较大程度地变稀,所需点火能量小,有利于节约燃料。氢气也可以加入其它燃料(如CNG)中,用于提高效率和减少N02排放。氢的质量能量密度是各种燃料中最高的一种,但体积能量密度最低,其最大的使用障碍是储存和安全问题。宝马公司一直致力于氢气发动机研制,开发了多款氢发动机汽车,其装有V12氢发动机的7系列轿车是世界上首批量产的氢发动机,该发动机可使用氢气和汽油两种燃料。
1.4 二甲醚汽车
二甲醚(DME)是一种无色无味的气体,具有优良的燃烧性能,清洁、十六烷值高、动力性能好、污染少,稍加压即为液体,非常适合作为压燃式发动机的代用能源,使用该燃料的车辆可达到美国加州的超低排放标准。日本NKK公司成功地开发出用劣质煤生产二甲醚的设备,并且和住友金属工业公司于1998年完成了用二甲醚作为汽车燃料的试验,二甲醚汽车(DMEV)不会排放黑色气体污染环境,产生的NOX比柴油少20%。
1.5 气动汽车
以压缩空气、液态空气、液氮等为介质,通过吸热膨胀做功供给驱动能量的汽车称为气动汽车,气动发动机不发生燃烧或其他化学反应,排放的是无污染物辐射的空气或氮气,真正实现了零污染。目前开发比较成功的是压缩空气动力汽车(APV),工作原理类似于传统内燃机汽车,只不过驱动活塞连杆机构的能量来源于高压空气。APV介质来源方便、清洁,社会基础设施建设费用不高,较容易建造。无燃料燃烧过程,对发动机材料要求低,结构简单,可借鉴现有内燃机技术因而研发周期短,设计和制造容易。但目前APV能量密度和能量转换率还不够高,续驶里程短。1991年法国工程师Guy Negre获得了压缩空气动力发动机的专利,并加盟MDI公司,2000年MDI公司推出的名为“进化”(evolution)的APV,质量仅700kg,其发动机质量仅为35kg,速度可达120km/h,一次充满压缩空气可行驶200km,充气费用仅为0.3美元,在城市中约可行驶10h,在压缩空气站充气2min就可完成,用气泵充气3h可完成。
1.6 电动汽车
世界上第一辆电动车(EV)由美国人在19世纪90年代制造。EV大致分为蓄电池电动汽车(BEV)、燃料电池电动汽车(FCEV)和混合动力电动汽车(HEV)。电动汽车的一个共同特点是汽车完全或部分由电力通过电机驱动,能够实现低排放和零排放。
蓄电池电动汽车是最早出现的电动汽车。使用铅酸电池的汽车整车动力性、续驶里程与传统内燃机汽车有较大的差距,而使用高性能镍氢电池或者锂电池又会使成本大大增加。而JtBEV都需有一定充电时间及相应的充电设备,使用场合受到了限制。燃料电池具有近65%的能量利用率,能够实现零排放、低噪声,国外最新开发的高性能燃料电池已经能够实现几乎与传统内燃机汽车相当的动力性能,发展前景很好,但成本却是制约其产业化的瓶颈。在加拿大进行的示范试验表明,使用燃料电他的公共汽车制造成本为120万加元,而使用柴油机的公共汽车仅为27.5万加元。
混合动力汽车融合了传统内燃机汽车和电动汽车的优点,同时克服了两者的缺点,近年来获得了飞速发展,并已经实现了产业化和商业化,PRIUS和INSIGHT两款混合动力汽车的成功向人们展现了混合动力技术的魅力和巨大的市场潜力。
1.7 以植物油为燃料的汽车
为了寻找可代替石油的新能源,科学家也将目光投向了植物油,正在研制以植物油如大豆油、玉米油及向日葵油为原料的内燃机油。科学家们还在研究生物柴油,这是一种以植物油为原料的燃料,将来可作为柴油的替代品大量用于卡车和轮船。生物柴油中不含硫,因此不会对环境造成酸雨威胁。为生产生物柴油,化学家们正在对植物油进行酯化加工,使之变成甲基酯化合物,燃烧起来更干净,发动机内残留物也较少。
2 我国新能源汽车的发展概况
我国天然气资源丰富,分布广泛,海南、北京、上海、重庆等省市被列为国家燃气汽车重点示范城市,各地均在燃油汽车基础上研制开发改装了压缩天然气汽车和液化石油气汽车,主要用于出租车、公交客车、大型车辆和工程设施等。一汽—大众公司开发了捷达LPG,上海交大研制成LPG轿车并和申沃客车联合开发成功改装型LPG城市bus,北京开发了CNG城市bus。
山西是产煤大省,甲醇汽车项目已进行多年,目前已达到商业运行阶段,所用甲醇汽车采用灵活燃料系统,既可用甲醇,也可用汽油,将乙醇当作有氧燃料使用,现在在河北和黑龙江等地推广。同时国家制定了乙醇汽油燃料相关标准。我国云岗汽车公司大同汽车制造厂开发了甲醇中巴车。
我国煤炭资源丰富,政府支持以煤炭为原料制造车用燃料项目。煤直接液化和间接液化制取车用燃料的项目正在积极进行。“十五”期间在云南和陕西建立了煤直接液化示范厂,以煤为原料合成石油或二甲醚等车用燃料。西安交通大学与中国科学院煤化工研究所经过5年协同攻关,于2000年研制出了“超低排放二甲醚汽车”,通过在TYll00单缸柴油机及装备有大连柴油机厂生产的CA498柴油机的面包车上燃用二甲醚的试验,发现发动机的功率可提高10%-15%,热效率提高2—3个百分点,噪声降低10%-15%。
我国从事燃料电池研究的单位有20余家,质子交换膜(PEM)燃料电池技术已取得较大进展,但与国外还有不小差距,例如,国外将功率50—80kW的PEM燃料电池用于轿车,而我国最大的PEM燃料电池单堆功率为5kW,离轿车使用相距甚远。我国的金属燃料电池技术已经达到世界先进水平。
我国的镍氢电池和锂电池技术水平也已经达到国际先进水平,比亚迪在2005年上海车展展出的E1电动车已经具备了很好的整车动力性能。
目前国内对压缩空气动力汽车的研究报道最多的是浙江大学,他们已经开发出压缩空气动力摩托车研究平台,探索出不少有益的结论,正在进一步深入研究,此外重庆大学和同济大学也做过一些探索性研究。应当说APV在国内的发展才刚刚起步。
3 代用燃料汽车的发展前景
在各种汽车代用燃料中,LPG和CNG最方便投入使用,而且目前已经具有好的配套基础设施。在排放和经济性能要求较高而动力性能要求一般的公共交通领域具有很好的应用前景,美国近年来新型公交客车中天然气汽车就占据了较大比例。在中国这样的农业大国特别是一些农业大省,乙醇资源丰富,乙醇汽车有良好的应用前景。二甲醚等合成燃料具有很好的排放特性,也将具有很好的应用前景,特别是作为代用柴油应用于混合动力汽车。混合动力汽车毫无疑问是下一代汽车动力系统的主要形式。
蓄电池电动汽车的使用性能不如混合动力汽车和燃料电池汽车,且成本高。氢燃料发动机的能量利用率不如氢氧燃料电池。因而蓄电池电动汽车和氢发动机汽车的发展前景不是十分乐观。当然随着太阳能电池技术的发展和突破,也许纯电动汽车能迎来一个不错的发展局面。压缩空气动力汽车虽然实现了零污染,但其整车性能与传统汽车相差太远,只能在较小的范围内应用于特定场合。
燃料电池是目前技术条件下能量利用率最高的车用能源。燃料电池的比能量可达200—350Wh/kg,为锂离子电池的2—3倍;能量转换效率高达60%~80%,是汽油机或柴油机的1.5~2倍,能实现超低污染甚至零污染,而且燃料电池使用的氢能源是可再生的。目前以甲醇燃料电池技术最为成熟。国外各大石油公司和汽车均在致力于燃料电池汽车的研发以抢占在未来汽车发展中的滩头。戴姆勒—奔驰汽车公司从1993年到2000年先后推出了NecarI—NecarⅣ和Nebas等系列FCEV,2001年5月Necar4在美国试车,功率55kW,最高车速145km/h,装载行程450km,最新推出的Necar V-FCEV采用甲醇燃料电池。1997年Ballard动力公司和福特汽车公司组建了Xcellsis公司开发燃料电池轿车,美国AR—CO、壳牌、德士古等石油公司和加州CARB先后加盟,组成世界上最强大的燃料电池车开发联盟。日本电力中央研究所正在开发一种全面使用耐热陶瓷的燃料电池,电池在发电效率非常高的1000℃的高温下工作,电解质的输出功率达到1W/cm2,相当于传统燃料电池的5倍。EvomR公司致力于开发铝和锌燃料电池,已具有相当水平。
总之对代用燃料的综合评价应考虑以下因素:燃料成本;车辆成本;对进口石油的依赖程度;有效能源利用率;温室效应;排放污染;生产、储运、分销、加注设施;装载行驶里程和加注时间;安全性。基于这些因素,目前最容易投入使用的代用燃料是CNG和LPG。电、甲醇和乙醇的综合评价指数都低于汽油。可以预计LPG和CNG以及乙醇的市场份额将会不断增加。二甲醚和合成柴油在十年后其市场份额会快速稳定增长。混合动力汽车会进一步发展,迅速增加市场份额。而燃料电池汽车会在20年之后开始实现产业化逐渐增加市场份额。传统汽油机汽车的市场份额会在20年之后开始出现明显的下降,但柴油车会在重型车辆领域继续保持很高的市场份额。
4 结束语
在未来的20年内,汽油和柴油仍是汽车主要的能量来源,但汽油和柴油的质量要求越来越高,发动机技术将快速发展以提高能量利用率。代用燃料会得到迅速运用,天然气汽车和乙醇汽车会率先大规模投入使用,二甲醚和合成燃料会逐步扩大应用。
混合动力系统会得到快速发展和应用,混合动力汽车将至少在30年内都是汽车工业最切实可行的解决能源问题和污染问题的途径。因此应当整合资源加速混合动力汽车的开发,抢占汽车技术发展的新高地。
燃料电池是最有前途的车用能量,也是未来汽车的主要能量源,国内石油工业应该与汽车工业联手开发先进的燃料电池技术,抢占未来先进汽车技术的前沿阵地!
㈤ 新能源材料在汽车上的应用论文2000字
想要介绍一个新能源汽车,就需要介绍它的优点以及它采用的能源,还有最关键的是它的续航里程以及提升速度的能力。
㈥ 混合动力电动汽车的研究论文
混合动力电动汽车(Hybrid Electric Vehicle)是传统燃油汽车和纯电动汽车相结合的新车型,具有燃油汽车的动力性能和较低的排放特性,是当前解决节能、环保问题切实可行的方案。 类菱形汽车是湖南大学自主开发的具有完全知识产权的新型汽车,该类型车在安全性与轻量化方面有其独到的优势。以此车为平台,本文围绕类菱形混合动力汽车的总体设计和控制进行了全方位的深入研究和探讨。 结合类菱形混合动力电动汽车的结构特点,采用了传统意义上的差速器即2K-H型锥齿轮负号机构、啮合方式为ZUWGW的轮系作为动力耦合器。为验证该方案的可行性,运用UG建立了新型动力耦合器的三维模型,并将其导入Adams软件中进行了仿真,确定了该耦合器三个输入输出端力矩与转速之间的运动学与动力学关系式。台架实验也验证了仿真结论的正确性。 在采用新型动力耦合器的基础上,设计了一种基于类菱形车平台的新型混合动力驱动链,并提出了一套基于CVT新型驱动链的混合动力汽车部件设计、选择与匹配的理论,对整车试制具有指导作用。这是混合动力汽车技术开发的核心和基础之一,是自主知识产权的重要体现,涉及企业的核心技术机密
㈦ 求一篇2000字左右关于汽车行业发展中传统能源的限制性的分析的论文
新能源车到底与普通汽车版汽车到底差别在哪里?绝对不仅仅是“血液”的问题。更多的结构性的变化也尽在其中。以下对新能源的技术做细节的比对,新能源车的心脏到底有何不同?它们都有着什么样的技术,它们对节能环保都起到了哪些作用,是什么样的工作原理在支持……才能描绘出令人惊赞的低碳节能的工作成绩。
弱混与强混的油电混合技术
在北京车展上,大家可以看到的混合动力车型主要有“弱混”、“强混”和“双模”三种技术类型。
其中,“弱混”车型的工作状态是车辆在启动时电动机开始工作,汽油发动机并没有点火工作,所有的设备工作都是依靠动动机来提供动力。当你松开制动踏板踩下油门起步时,汽油发动机才会启动工作。当用户深踩油门加速时,汽油发动机和电动机将同时协同工作,让提速变的更加明显。当车辆在高速行驶时动力则完全来自汽油发动机,也就是说电动机只是在汽车加速时介入。如果当前方遇到红灯用户踩下刹车减速时,车辆的动能并不是像普通车辆那样转化为制动系统的热能而被白白浪费掉,此时电动机将变身为发电机,它回收损失掉的动能,并以电能的形式存于蓄电池中。这种刹车就会给电池充电相当于“免费加油”的畅快感觉正是混合动力车的魅力所在,是普通车辆所无法给予的。在车辆停稳怠速时,汽油发动机将会关闭,此时只有电动机工作,这就避免了怠速时所产生的高油耗,同时也实现了零油耗和零排放,之后车辆起步时又会重复上面的工作流程。
从上述的工作状态我们可以看出“弱混”车型主要节油环节在于点火时发动机并不启动,怠速时发动机也是关闭的,起步和加速时电动机可以提供动力辅助,刹车时可以把损失的动能转化为电能,高速行驶时多余的能量还能被转化为电能储存在蓄电池中,这就降低了燃油释放能量的损失,提升了燃油的利用效率。同时还有一点值得读者注意的就是,混合动力车型由于加速过程中有电动机提供动力辅助,因此其一般都采用的是小排量汽油发动机,就可以达到大排量发动机的动力感受(有点类似增压发动机的味道),这在一定程度上也节约了燃油。
“弱混”技术的优势就是制造成本相对低廉,能很好平衡技术与售价的关系,电动系统体积相对小巧不会占用过多空间。
和“弱混”相对的技术就是“强混”,其特点是动力系统以电动机为基础动力,汽油发动机为辅助动力。与“弱混”不同的是“强混”电动机的功率更为强大,完全可以满足车辆在起步和低速时的动力要求。因此“强混”车型无论是在起步还是低速行驶状态下都不需要启动发动机,仅依靠电动机都可以完全胜任,在低速状态下完全就是一款“电动车”的姿态。
当踩下油门加速时,随着速度的提升汽油发动机就会启动和电动机通过智能系统来协同高效的工作。当车速达到汽油发动机的经济时速时,汽油发动机的优势得以全面发挥,并成为车辆的主要动力来源,同时汽油发动机产生多余的能量会用来带动发电机为电池充电。
在急加速和全速运行状态下车辆需要极大的驱动力,因此电动机也会全速运行协同高速运转的汽油发动机同时发挥两者的最大性能,进而达到1 1的效果。当用户遇到状况刹车时,汽油发动机和电动机就会立即停止动力供应,达到节约燃油和电能的目的,同时利用车辆动能带动发电机为电池充电。
从上述的工作状态我们可以看出“强混”车型主要节油环节除了拥有“弱混”特点之外,其还具有在车辆起步和低速行驶时完全依赖电动机驱动的能力,很好的解决了城市行车中起步、停车、再起步时的油耗很高的问题,因此“强混”可以说是“弱混”的进化版本,克服了“弱混”需要频繁启动汽油发动机的问题,从而进一步的降低了油耗。“强混”可以说是一种比较优秀的解决方案,非常适合拥堵的城市中需要频繁起步停车的行驶状态。在这样的拥堵的行驶状态下可以实现零油耗零排放。当然要享受这些好处的前提就是要付出比“弱混”更高的价钱和为性能更强大的电动机和电池组牺牲些空间。
除了“弱混”和“强混”之外还有一类比较特殊的混合动力车型在国内销售,那就是中国第一款完全自主技术的比亚迪F3DM双模电动车。所谓“双模”就是在电动车系统(EV)的基础上又加入了一个混合动力系统(HEV),“双模”可以说是“强混”的升级加强版。目前市售的“双模”车型只有比亚迪F3DM一款。
自然能源转换电动车技术
这项技术集光电转换、风电转换和二氧化碳吸附转换等自然能源转换技术概念于一身,属于新能源车技术中的未来流派。上汽集团在世博会及北京车展上发布的“叶子”概念车就运用了这一技术。当然,“叶子”这项新能源车技术展示还是以理念为主。
“叶子”在设计中以电能为主要动力来源,其技术核心是自然能源转换技术。车顶的一片巨型叶子是一部高效的光电转换器,可吸收太阳能转化为电能;而阳光追踪系统,则可以使叶片上的太阳能晶体片可随太阳照射方向而转动,提高光能吸收效率。
其四个车轮就是四个风力发电机,通过捕捉散逸的风能,将风能转变成电能,充入自身电池储存能源,形成辅助电驱动系统,最大限度拓展利用新能源。
其体采用可吸附二氧化碳的有机金属结构(MOFs),能模拟绿色植物从空气中捕获二氧化碳和水分子,在微生物的作用下释放出电子,形成电流。生物燃料电池再将产生的电能给锂电池充电,由电机驱动汽车。同时,它还能将光电转换中排放的高浓度二氧化碳通过激光发生器转化为电能为车内照明,或转化为车内空调制冷剂,不仅仅是“零排放”,更是“负排放”的实现,净化空气。
增程型电动车技术
增程型电动车技术,也是目前新能源车技术的一大流派,这一技术流派的特点是电力驱动车辆行驶的主要能源,而汽油则是它的备用能源。例如,通用雪佛兰Volt就运用了这样的技术。
与传统意义上的混合动力汽车相比,增程型电动汽车有着非常明显的不同之处。在一辆增程型电动汽车上,车辆是全程由电动系统来驱动的,而在传统混合动力汽车上,车辆是通过电动机或燃油发动机来驱动,或是两者共同工作来驱动的。在行驶距离较短的情况下,增程型电动汽车的行驶完全仅仅依靠车载电池组提供的电力来完成,而在相对较长的行驶距离情况下,可以由内燃机或者燃料电池提供额外的电能来驱动车辆。电池组和动力推进系统经过精准的设置,可以使车辆在由电池组提供足够的电能的时候,不需要发动机或者燃料电池进行工作来产生额外的电力。在纯电力驾驶过程中,电池组的电能完全可以保证仅需要使用电力就能够保证车辆顺利实现加速、高速行驶,以及爬坡等各种性能。
以下以雪佛兰Volt为例,详细解析增程型电动车技术。具体来说,Volt首先依靠电池所储存的电力行驶,然后依靠汽油发动发电机产生的电力继续驱动。假设你的Volt电池已充满电,那么Volt可以依靠电池中储存的电力行驶达最多64公里(40英里),期间可以完全实现“零油耗、零排放”。随着电池电力即将耗尽,增程型汽油发动发电机将自动起动,开始提供为电池提供电力。这样Volt就能继续行驶数百公里,直至有条件再次充电或加油。
Volt推进系统全程采用纯电力驱动。当电池的电量快耗尽时,它的车载发动发电机会通过燃烧少量汽油来为车辆供电,足以保证Volt继续行驶数百公里。
一般来说,混合动力汽车可依靠3.8升(1加仑)汽油行驶64到96公里(40到60英里)。与电动车不同的是,当今的混合动力汽车不需要通过连接电源进行充电,而是通过收集刹车时产生的能量以及借助发电机来补充电力。在低速行驶时,某些混合动力车型可以依靠电力驱动,并在高速行驶时切换到汽油发动机驱动。混合动力汽车的效率一般赶不上电动汽车,同时环保表现也不如后者。
增程型电动车的优点是能够在零油耗和零排放的情况下,行驶64公里(40英里)。即使在电池电量快耗尽时,增程型电动车也仅仅是使用汽油以供增程型发动发电机发电,提供汽车行驶所需的电力。
增程型电动车可以在电池电量耗尽后继续行驶,因为增程型汽油发电机会实现无间断启动,提供电力驱动汽车。增程型电动车能够自行产生续航所需电力,而不必停车寻找充电的地方。
氢燃料电池车技术
氢燃料电池车技术,则是目前新能源车技术的较高级流派,这一技术流派的特点是通过电气化学反应,将氢和氧化合成水,从而直接将化学能转化为电能,电池组通过像这样大量串联的燃料电池,就可以产生足够的电能来驱动汽车。奔驰F800 Style、奥迪Q5HFC和雪佛兰Equinox等都是包含了这项技术的新能源车。
以下详细解析氢燃料电池车技术。
氢燃料电池车的燃料电池组位于车辆的中心部位。它通过电气化学反应,将氢和氧化合成水,从而直接将化学能转化为电能,在这一过程中并不产生任何实质性的燃烧。具体反应过程为:电池阳极上的氢在催化剂作用下分解为质子和电子,带阳电荷的质子穿过隔膜到达阴极,带阴电荷的电子则在外部电路运行,从而产生电能。在阴极上的氧离子在催化剂作用下和电子、质子化合反应成水。电池组通过像这样大量串联的燃料电池,就可以产生足够的电能来驱动汽车。
这类氢燃料电池车通常设置四个座位,空间宽大舒适,并且拥有和传统汽车相比毫不逊色的高安全性能。它配备了司机及前排乘客安全气囊、侧面安全气囊、防抱死刹车系统(ABS)、牵引力控制系统(TCS)以及电子稳定装置(ESP)。与此同时,它的氢燃料存贮装置也十分先进,该装置由三个700巴(1巴=0.987个标准大气压)的高压储氢罐组成,罐体采用碳纤维复合材料,最大氢燃料存储量为4.2千克,这些燃料足以支持最长320公里的行驶里程。
氢燃料电池车的设计使用寿命为2年或8万公里,通过在热绝缘以及运行方案等方面进行的一系列改进,新型氢燃料电池车可以在低于零度的气候条件下正常启动及运行,这也是它相比前一代车型的显著进步之一,而在技术上做到这一点对于燃料电池车的推广使用至关重要。
以Equinox为例,其燃料电池组由440块串联电池组成,电力输出可达93千瓦,在车载73千瓦(100马力)同步电动机的共同驱动下,0-100公里/小时的加速只要12秒,而这款前驱车型的最高时速可达每小时160公里。
车联网电动车技术
这一技术流派地融合了电气化和车联网两大技术,几乎可以说是对未来城市个人交通的最新解决方案。同样将展示于世博园区及北京车展的通用EN-V概念车就运用了这项技术。
车联网技术,即通过整合全球定位系统导航技术、车对车交流技术、无线通信及远程感应技术奠定了新的汽车技术发展方向,实现了手动驾驶和自动驾驶的兼容。
这类电动车体积小巧、移动便利。以EN-V为例,整车重量仅400多公斤,长约1.5米。而目前传统汽车重量超过1500公斤,长度更是EN-V长度的三倍。时下一个传统汽车的停车位可以容纳五辆EN-V,这将极大地提高城市停车面积的利用率。
这类电动车的左右两侧车轮分别由各自的电动马达驱动,马达动力由锂电池提供,可通过普通家庭电源进行充电,每次充满电后可行驶40公里,完全实现零排放。同时,可与电网进行信息互换,选择最佳充电时间,充分提高公用电力基础设施的使用效率。
这一新汽车技术的重大突破,还在于自动驾驶方面,如变道警告、盲区探测及适应性巡航控制等技术均得到了变革性的运用。
至于您说的行业标准和国家法规~一时半会是改不了的 这中间当然需要很多部门的努力 许多环节的进行 以及各界人士的共同努力相互促进相互协调 车展只能说是新科技新发明的展示而已 对于新标准新法规应该也有一定促进作用吧~~!
㈧ 高分 电动车英文论文,急!!!
查到10篇关于电动车的文献。
我想能适合楼主的可能有个一篇两篇吧。
如果楼主感兴趣,可以发邮件到[email protected],我发给你全文。
[1]O'Keefe, M., K. Bennion, and N.R.E. Laboratory, Comparison of Hybrid Electric Vehicle Power Electronics Cooling Options. 2008: National Renewable Energy Laboratory.
[2]Shabashevich, A., et al., Consumer Ready Plug-in Hybrid Electric Vehicle. Team-Fate, University of California, Davis. http://www. teamfate. net/technical/UCDavis_Spring2007_TechReport. pdf, 2007.
[3]Rousseau, A., S. Pagerit, and D. Gao. Plug-in Hybrid Electric Vehicle Control Strategy Parameter Optimization. 2007.
[4]Syed, F., et al., Derivation and Experimental Validation of a Power-Split Hybrid Electric Vehicle Model. IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY, 2006. 55(6): p. 1731.
[5]Moreno, J., M. Ortúzar, and J. Dixon, Energy-Management System for a Hybrid Electric Vehicle, Using Ultracapacitors and Neural Networks. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, 2006. 53(2).
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[9]Musardo, C., et al. A-ECMS: An Adaptive Algorithm for Hybrid Electric Vehicle Energy Management. 2005: IEEE; 1998.
[10]Faiz, J., et al., Sensorless direct torque control of inction motors used in electric vehicle. Energy Conversion, IEEE Transactions on, 2003. 18(1): p. 1-10.
㈨ 电动汽车发展和关键技术的参考文献
11是
㈩ 关于化学评价的论文
今日化学何去何从?对于这个问题有两种回答:第一种回答:化学已有200余年的历史,是一门成熟的老科学,现在发展的前途不大了;21世纪的化学没有什么可搞了,将在物理学与生物学的夹缝中逐渐消亡。第二种回答:20世纪的化学取得了辉煌的成就,21世纪的化学将在与物理学、生命科学、材料科学、信息科学、能源、环境、海洋、空间科学的相互交叉,相互渗透,相互促进中共同大发展。本文主张第二种回答。
一、20世纪化学取得的空前辉煌成就并未获得社会应有的认同
在20世纪的100年中,化学与化工取得了空前辉煌的成就。这个“空前辉煌”可以用一个数字来表达,就是2 285万。1900年在Chemical Abstracts(CA)上登录的从天然产物中分离出来的和人工合成的已知化合物只有55万种。经过45年翻了一番,到1945年达到110万种。再经过25年,又翻一番,到1970年为236.7万种。以后新化合物增长的速度大大加快,每隔10年翻一番,到1999年12月31日已达2 340万种。所以在这100年中,化学合成和分离了2 285万种新化合物、新药物、新材料、新分子来满足人类生活和高新技术发展的需要,而在1900年前的历史长河中人们只知道55万种。从上面的数字还可以看出,化学是以指数函数的形式向前发展的。没有一门其他科学能像化学那样在过去的100年中创造出如此众多的新化合物。这个成就用“空前辉煌”来描述并不过分。但“化学家太谦虚”(这句话是Nature杂志在2001年的评论中说的,参见文献〔1〕),不会向社会宣传化学与化工对社会的重要贡献。因此20世纪化学取得的辉煌成就,并未获得社会应有的认可。
二、20世纪发明的七大技术中最重要的是信息技术、化学合成技术和生物技术
报刊上常说20世纪发明了六大技术:
1.包括无线电、半导体、芯片、集成电路、计算机、通讯和网络等的信息技术;
2.基因重组、克隆和生物芯片等生物技术;
3.核科学和核武器技术;
4.航空航天和导弹技术;
5.激光技术;
6.纳米技术。
但却很少有人提到包括新药物、新材料、高分子、化肥和农药的化学合成(包括分离)技术。上述六大技术如果缺少一两个,人类照样生存。但如没有发明合成氨、合成尿素和第一、第二、第三代新农药的技术,世界粮食产量至少要减半,60亿人口中的30亿就会饿死。没有发明合成各种抗生素和大量新药物的技术,人类平均寿命要缩短25年。没有发明合成纤维、合成橡胶、合成塑料的技术,人类生活要受到很大影响。没有合成大量新分子和新材料的化学工业技术,上述六大技术根本无法实现。这些都是无可争辩的事实。
但化学和化工界非常谦虚,从来不提抗议。我们应该理直气壮地大力宣传20世纪发明了七大技术,即化学合成(包括分离)技术和上述六大技术。这七大技术发明可以按照人类需要的迫切性和由它们衍生的产业规模的大小来排序:
(1)从人类对七大技术发明的需要迫切性来看,化学合成和分离技术应当排名第一,已如前述,因为它是人类生存的绝对需要,没有它,全世界一半人口要饿死。它还为其余六大技术发明提供了不可或缺的物质基础。国外传媒把哈勃(Haber)的合成氨技术(Haber process)评为20世纪最重要的发明,是很有道理的。
排名第二的是信息技术,第三是生物技术,以下依次是航空航天技术,核技术,纳米技术和激光技术。也许有人会问汽车产业不是比飞机还重要吗?但第一辆内燃机汽车是德国人在1886年发明的,所以汽车、火车、炼钢等都是19世纪发明的重大技术。而合成氨技术是哈勃在1909年发明,在1918年因而获得诺贝尔化学奖。高分子合成技术是20世纪50年代发展起来的。新药物、新材料的合成更是近50年的事。因此合成化学技术是20世纪的重大发明。
(2)从20世纪的七大技术发明衍生的产业规模及其对世界经济的影响来看,排名次序如下:第一是信息产业,第二是由化学合成(包括分离)技术衍生的石油化工、精细化工、高分子化工和药物、农药工业等产业,以及从空气中分离出氧气和氮气,从电解水中分离出氢气,作为电动汽车的燃料,为解决将来水资源缺少的海水淡化产业等。
第三是飞机、航天、人造卫星及导弹产业,第四是核电站和核工业。这4个产业都是非常大的产业。其中在核产业中,有很大一部分是化工产业,如核燃料的前处理和后处理工业,重氢、重水工业、稀有元素冶炼工业等,又如信息产业和航空航天导弹卫星产业中,都依靠冶金、稀有元素冶炼和高分子等化学合成产业。
相对于前述4个产业而言,排在第五的生物技术产业、排在第六的纳米技术产业和排在第七的激光技术产业这3个现在还是小产业。其中纳米产业实际上是化学家发明C60等巴基球和碳纳米管等衍生出来的合成化学产业,以及用各种方法把化学物质制成纳米尺度的合成产业。
所以20世纪和21世纪上半叶理应称为信息和化学合成时代,要到21世纪下半叶才能称为生物技术时代,因为目前生物技术的实际应用和产业规模还很小,远远不及信息产业和合成化工产业。
三、化学是一门中心科学
化学是一门中心科学,化学与生命、材料等八大朝阳科学有非常密切的联系,产生了许多重要的交叉学科,但化学作为中心学科的形象反而被其交叉学科的巨大成就所埋没。
1.化学是一门承上启下的中心科学。科学可按照它的研究对象由简单到复杂的程度分为上游、中游和下游。数学、物理学是上游,化学是中游,生命、材料、环境等朝阳科学是下游。上游科学研究的对象比较简单,但研究的深度很深。下游科学的研究对象比较复杂,除了用本门科学的方法以外,如果借用上游科学的理论和方法,往往可收事半功倍之效。化学是中心科学,是从上游到下游的必经之地,永远不会像有些人估计的那样将要在物理学与生物学的夹缝中逐渐消亡。
2.化学又是一门社会迫切需要的中心科学,与我们的衣、食、住(建材、家具)、行(汽车、道路)都有非常紧密的联系。我国高分子化学家胡亚东教授最近发表文章指出:高分子化学的发展使我们的生活基本被高分子产品所包围。化学又为前述六大技术提供了必需的物质基础。
3.化学是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等八大朝阳科学(sun-rise sciences)都有紧密的联系、交叉和渗透的中心科学。
化学与八大朝阳科学之间产生了许多重要的交叉学科,但化学家非常谦虚,在交叉学科中放弃冠名权。例如“生物化学”被称为“分子生物学”,“生物大分子的结构化学”被称为“结构生物学”,“生物大分子的物理化学”被称为“生物物理学”,“固体化学”被称为“凝聚态物理学”,溶液理论、胶体化学被称为“软物质物理学”,量子化学被称为“原子分子物理学”等。
又如人类基因计划的主要内容之一实际上是基因测序的分析化学和凝胶色层等分离化学,但社会上只知道基因学,看不到化学家在其中有什么作用。再如分子晶体管、分子芯片、分子马达、分子导线、分子计算机等都是化学家开始研究的,但开创这方面研究的化学家却不提出“化学器件学”这一新名词,而微电子学专家马上看出这些研究的发展远景,并称之为“分子电子学”。
又如化学家合成了巴基球C60,于1996年被授予诺贝尔化学奖,后来化学家又做了大量研究工作,合成了碳纳米管。但是许多由这一发明所带来的研究被人们当作应用物理学或纳米科学的贡献。
内行人知道分子生物学正是生物化学的发展。在这个交叉领域里化学家与生物学家共同奋斗,把科学推向前进。但在中学生或外行看来,“分子生物学”中“化学”一词消失了,觉得化学的领域越来越小,几乎要在生物学与物理学的夹缝中消亡。
这样,化学这门重要的中心科学(central science)反而被社会看作是伴娘科学(bridesmaid science)而不受重视。世界著名的Nature杂志也为化学家鸣不平,在2001年 发表了社论说:“化学的形象被其交叉学科的成功所埋没”。但化学家仍然很谦虚,居然不喊不叫也不抱怨。化学家的谦虚本是美德,但因此而在社会上造成化学是落日科学(sunset science)的印象,吸引不到优秀的年轻学生,这个问题就大了。
四、化学有没有理论
有人说:“化学没有理论,只是一堆白菜,21世纪的化学没有什么可搞的了”。这也是化学不被认同的理由之一。对于这个问题,我国著名化学家唐敖庆院士有很好的回答,他指出19世纪的化学有三大理论成就:
1.经典原子分子论,包括建筑在定比、倍比和当量定律基础上的道尔顿原子论,以及包括碳4价及开库勒提出的苯分子结构等工作为中心内容的分子结构和原子价理论。
2.门捷列夫的化学元素周期律。
3.C.M.古尔德贝格和P.瓦格提出的质量作用定律是宏观化学反应动力学的基础。
道尔顿的原子论和门捷列夫的化学元素周期律对于20世纪玻尔建立原子的壳层结构模型具有十分重要的借鉴作用。所以化学和物理学这两个姐妹学科是互相促进的。
20世纪的化学也有三大理论成就:
1.化学热力学,可以判断化学反应的方向,提出化学平衡和相平衡理论。
2.量子化学和化学键理论,量子化学家鲍林提出的氢键理论和蛋白质分子的螺旋结构模型,为1953年沃生和克里克提出DNA分子的双螺旋模型奠定了基础,后者又为破解遗传密码奠定基础。所以化学与生物学也是互相促进的。
3.20世纪60年代发展起来的分子反应动态学。
没有这三大理论,要取得合成2 285万种化合物的辉煌成就是不可能的。因此,“化学没有理论,只是一堆白菜”的说法,是不公正的。
到了21世纪,世界数学家协会提出七大数学难题,筹集了700万美元,悬赏100万美元给每一个难题的解决者。
物理学提出了五大理论难题:
1.4种作用力场的统一问题,相对论和量子力学的统一问题。
2.对称性破缺问题。
3.占宇宙总质量90%的暗物质是什么的问题。
4.黑洞和类星体问题。
5.夸克禁闭问题等。
21世纪的生物学也有重大难题和奋斗目标:
1.后基因组学和人类疾病的消除。
2.蛋白质组学。
3.脑科学。
4.生物如何进化?生命如何起源等。
但化学家又比较谦虚,好像没有人明确提出哪些是化学要解决的世纪难题。这样与物理学和生物学相比,就会显得化学没有什么伟大的目标了。其实化学家心目中是有自己的奋斗目标的,只是不愿多说。但这又造成“化学无理论”的错误印象。这是近年来在世界范围内出现的淡化化学的思潮的主观原因之一。那么化学果真提不出重大难题吗?作者曾经初步提出21世纪化学有四大难题。
五、21世纪化学的四大难题
1.化学的第一根本规律(第一个世纪难题):建立精确有效而又普遍适用的化学反应的含时多体量子理论和统计理论。
化学是研究化学变化的科学,所以化学反应理论和定律是化学的第一根本规律。19世纪C.M.古尔德贝格和P.瓦格提出的质量作用定律,是最重要的化学定律之一,但它是经验的、宏观的定律。
H.艾林的绝对反应速度理论是建筑在过渡态、活化能和统计力学基础上的半经验理论。过渡态、活化能和势能面等都是根据不含时间的薛定谔第一方程来计算的。所谓反应途径是按照势能面的最低点来描绘的。这一理论和提出的新概念虽然非常有用,但却是不彻底的半经验理论。
近年来发展了含时Hartree-Fock方法,含时密度泛函理论方法,以酉群相干态为基础的电子-原子核运动方程理论,波包动力学理论等。但目前这些理论方法对描述复杂化学体系还有困难。
所以建立严格彻底的微观化学反应理论,既要从初始原理出发,又要巧妙地采取近似方法,使之能解决实际问题,包括决定某两个或几个分子之间能否发生化学反应?能否生成预期的分子?需要什么催化剂才能在温和条件下进行反应?如何在理论指导下控制化学反应?如何计算化学反应的速率?如何确定化学反应的途径?等等,是21世纪化学应该解决的第一个难题。
2.化学的第二个世纪难题:分子结构及其和性能的定量关系。
这里“结构”和“性能”是广义的,前者包含构型、构象、手性、粒度、形状和形貌等,后者包含物理、化学和功能性质以及生物和生理活性等。虽然W.Kohn从理论上证明一个分子的电子云密度可以决定它的所有性质,但实际计算困难很多,现在对结构和性能的定量关系的了解,还远远不够。要大力发展密度泛函理论和其他计算方法。这是21世纪化学的第二个重大难题。例如:
① 如何设计合成具有人们期望的某种性能的材料?
② 如何使宏观材料达到微观化学键的强度?例如“金属胡须”的抗拉强度比通常的金属丝大一个数量级,但还远未达到金属-金属键的强度,所以增加金属材料强度的潜力是很大的。又如目前高分子纤维达到的强度要比高分子中的共价键的强度小两个数量级。这就向人们提出如何挑战材料强度极限的大难题。
③ 溶液结构和溶剂效应对于性能的影响。
④ 具有单分子和多分子层的膜结构和性能的关系。以上各方面是化学的第二个根本问题,其迫切性可能比第一个问题更大,因为它是解决分子设计和实用问题的关键。
3.化学的第三个世纪难题:生命现象中的化学机理问题。
充分认识和彻底了解人类和生物体内分子的运动规律,无疑是21世纪化学亟待解决的重大难题之一。例如:
① 研究配体小分子和受体生物大分子相互作用的机理,这是药物设计的基础。
② 化学遗传学为哈佛大学化学教授Schreiber所创建。他的小组合成某些小分子,使之与蛋白质结合,并改变蛋白质的功能,例如使某些蛋白酶的功能关闭。这些方法使得研究者们不通过改变产生某一蛋白质的基因密码就可以研究它们的功能,为开创化学蛋白质组学,化学基因组学(与生物学家以改变基因密码来研究的方法不同)奠定基础。因此小分子配体与生物大分子受体的相互作用的机理,是一个重大的理论化学问题,值得人们关注。
③ 光合作用的机理——活分子催化剂叶绿素如何利用太阳能把很稳定的CO2和H2O分子的化学键打开,合成碳水化合物〔CH2O]n,并放出氧气,供人类和其他动物使用。
④ 生物固氮作用的机理。
⑤ 搞清楚牛、羊等食草动物胃内酶分子如何把植物纤维分解为小分子的反应机理,为充分利用自然界丰富的植物纤维资源打下基础。
⑥ 人类的大脑是用“泛分子”组装成的最精巧的计算机。如何彻底了解大脑的结构和功能将是21世纪的脑科学、生物学、化学、物理学、信息和认知科学等交叉学科共同来解决的难题。
⑦ 了解活体内信息分子的运动规律和生理调控的化学机理。
⑧ 了解从化学进化到手性和生命起源的飞跃过程。
⑨ 如何实现从生物分子(biomolecules)到分子生命(molecular life)的飞跃?如何制造活的分子(make life),跨越从化学进化到生物进化的鸿沟。
⑩ 蛋白质和DNA的理论研究。
4.化学的第四个世纪难题:纳米尺度的基本规律。
当尺度在十分之几到10 nm的量级,正处于量子尺度和经典尺度的模糊边界(fuzzy boundary)中,有许多新的奇异特性和新的效应,新的规律和重要应用,值得理论化学家去探索研究。下面举例说明纳米效应:
① 如以银的熔点和银粒子的尺度作图,则当粒子尺度在150 nm以上时,熔点不变,为960.3 ℃,即通常的熔点。以后熔点随尺度变小而下降,到5 nm时为100 ℃。又如金的熔点为1 063 ℃,纳米金的熔化温度却降至330 ℃。在纳米尺度,热运动的涨落和布朗运动将起重要的作用。因此许多热力学性质,包括相变和“集体现象”(collective phenomena)如铁磁性、铁电性、超导性和熔点等都与粒子尺度有重要的关系。
② 纳米粒子的比表面很大,由此引起性质的不同。例如纳米铂黑催化剂可使乙烯催化反应的温度从600 ℃降至室温。这一现象为新型常温催化剂的研制提供了基础,有非常重要的应用前景。纳米催化剂能否降低反应活化能?这是值得研究的一个理论问题。
③ 当代信息技术的发展,推动了纳米尺度磁性(nanoscale magnetism)的研究。
④ 电子或声子的特征散射长度,即平均自由程,在纳米量级。当纳米微粒的尺度小于此平均自由途径时,电流或热的传递方式就发生质的改变。
⑤ 与微粒运动的动量p=mV相对应的de Broglie波长l=h/p,通常也在纳米量级,由此产生许多所谓“量子点”(quantum dots)的新现象。所以纳米分子和材料的结构与性能关系的基本规律是21世纪的化学和物理需要解决的重大难题之一。
六、化学家缺少品牌意识,没有在社会上树立化学的美好品牌
化学没有树立品牌,化学与化工被认为是污染源,这也是缺少生源的原因之一。其实,造成环境污染的不仅仅是化学,更重要的是森林破坏,水土流失,沙漠化和沙尘暴,汽车尾气排放,煤燃烧等。而分析、监测、治理环境污染的正是化学家。化学家已提出绿色化学的奋斗目标。化学家不但要认识世界、改造世界,还要保护世界。在于增强自身对化学污染的防护意识
在于习得应对化学品伤害的急救措施
更在于提高自身在极端恶劣环境下的存活能力……
据上海某著名高校F化学系一位搞有机化学的老教授Y自称
一次生病住医院,开刀,要全身麻醉
医师们按常规量开出的麻醉处方竟然毫无效果
double之后他还意识清醒,没有晕过去
楞是加到三倍剂量才把他摆平
教授Y最后总结道,“老子玩了一辈子乙醚,还怕那些个?”