钛电极工学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:冶金工业出版社

作者:张招贤

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页数:0

译者:

出版时间:2000-10-01

价格:29.5

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isbn号码:9787502426804

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• 电化学
• 钛电极
• 电极材料
• 腐蚀
• 电解
• 表面处理
• 金属材料
• 工程
• 应用技术
• 阳极氧化

《电化学工程原理与应用》 内容简介 本书是一部系统阐述电化学工程学科基础理论、关键技术以及广泛应用的高等教育教材。全书共分为十五章，内容涵盖了电化学反应的热力学基础、动力学过程、传递现象、电极材料选择与制备、电化学反应器设计、过程控制与优化，以及在能源、环境、材料、生物医药等诸多领域的具体应用。 第一章 电化学反应基础 本章首先从宏观视角介绍电化学反应的本质，包括电荷转移、电子传递和离子迁移等基本概念。随后深入探讨电化学热力学，重点讲解能斯特方程、电极电势及其影响因素（如浓度、温度、压力），并介绍各种标准电极电势的测定方法及应用。在此基础上，本书将阐述电化学动力学，包括电极反应速率、活化能、电荷转移系数、塔菲尔方程等核心理论，为后续章节理解电化学过程的快慢奠定理论基础。同时，本章还将初步介绍电极界面结构，如双电层模型，以及电解液的导电性与离子迁移机理。 第二章 电极材料与性能 电极材料是电化学装置的关键组成部分，本章将详细介绍各类常用电极材料的性质、制备方法及其在不同电化学体系中的选择原则。内容包括：金属电极（如铂、金、镍、铜）、碳质电极（石墨、玻璃碳）、氧化物电极（如金属氧化物、钛基氧化物）、导电聚合物以及复合材料等。将重点分析不同材料的电化学活性、稳定性（耐腐蚀性、耐氧化性）、机械强度、导电性以及成本等因素，并结合具体应用场景，如催化活性、电荷存储能力等，提供详细的选材指南。此外，还将讨论电极表面处理技术，如腐蚀、活化、涂层等，以改善电极性能。 第三章 电化学传质过程 电化学过程的效率往往受传质过程的限制，本章将深入分析电化学体系中的传质机制。内容包括：扩散、迁移和对流等三种主要的传质方式。将详细讲解菲克定律在电化学中的应用，并引入希钦格方程等描述传质通量的理论模型。对不同传质机制的相对重要性进行分析，并探讨温度、浓度梯度、电场强度以及流体动力学条件对传质速率的影响。本章还将介绍稳态和非稳态传质过程的分析方法，并结合实验技术，如伏安法，说明如何通过电化学测量来评估传质系数。 第四章 电极过程与电荷转移 本章将聚焦于电极表面发生的电荷转移过程。在深入探讨电荷转移理论的基础上，将详细讲解法拉第过程和非法拉第过程的区别与联系。重点介绍电荷转移电阻、电荷转移系数、交换电流密度等表征电荷转移速率的参数。将阐述各种电化学动力学技术，如线性扫描伏安法、循环伏安法、电化学阻抗谱（EIS）等，并详细讲解如何利用这些技术来研究电极反应机理、确定动力学参数以及诊断电极界面的老化与失效。 第五章 电化学反应器设计 电化学反应器的合理设计是实现高效电化学转化的前提。本章将系统介绍各类电化学反应器的基本类型、工作原理、结构特点以及设计原则。内容包括：电解槽（如隔膜电解槽、无隔膜电解槽）、燃料电池、电容器、电化学传感器等。将详细分析电极几何形状、电解液流动方式、隔膜材料选择、传质与传热设计、以及电极间距等关键设计参数如何影响反应器的性能。此外，还将讨论反应器放大效应、多相反应器设计以及新兴反应器技术，如微流控电化学反应器。 第六章 电化学过程控制与优化 为了提高电化学过程的效率、选择性、稳定性和经济性，精确的控制与优化是必不可少的。本章将介绍各种电化学过程控制策略和优化方法。内容包括：恒电位仪、恒电流仪等基本控制仪器的工作原理，以及如何利用这些仪器实现对电化学过程的精确调控。将讨论过程变量（如电势、电流密度、温度、pH值、流速）的在线监测技术，以及如何利用这些监测数据进行反馈控制。此外，还将介绍模型预测控制、神经网络控制等先进控制策略，以及多目标优化算法在电化学过程优化中的应用。 第七章 电化学在能源领域应用 电化学技术在应对全球能源挑战方面扮演着至关重要的角色。本章将重点介绍电化学在能源生产、储存和利用等方面的应用。内容包括： 二次电池： 锂离子电池、钠离子电池、铅酸电池、液流电池等的设计原理、材料体系、性能评价与未来发展趋势。 燃料电池： 质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）等的工作原理、关键组件（催化剂、电解质、膜电极组件）及其性能优化。 电解水制氢： 碱性水电解、质子交换膜水电解（PEMWE）以及高温固体氧化物电解（SOEC）等技术，探讨其效率、成本和规模化应用潜力。 二氧化碳电化学转化： 利用电化学方法将二氧化碳转化为有价值的化学品或燃料，如一氧化碳、甲酸、甲烷、乙烯等，分析其催化剂、电化学性能与环境效益。 第八章 电化学在环境工程中的应用 电化学技术为环境污染的治理提供了创新的解决方案。本章将深入探讨电化学在废水处理、废气净化以及土壤修复等方面的应用。内容包括： 电化学氧化/还原： 利用电极产生的强氧化剂（如羟基自由基、过氧化氢）或还原剂，高效降解有机污染物，如染料、农药、酚类化合物等。 电化学吸附： 利用电极材料的表面特性或电场效应，吸附或去除水体中的重金属离子、有机污染物。 电絮凝/电浮选： 通过电化学反应产生絮凝剂或气泡，促进悬浮物的沉淀或浮选，实现固液分离。 电化学脱盐： 如电渗析、反渗透等技术在海水淡化和苦咸水处理中的应用。 电化学传感器在环境监测中的应用。 第九章 电化学在材料科学中的应用 电化学方法为新型材料的制备、改性和表面处理提供了独特的途径。本章将阐述电化学在材料科学领域的广泛应用。内容包括： 电沉积与电镀： 制备金属、合金、导电聚合物等功能性薄膜和涂层，如防腐蚀涂层、装饰性涂层、电子元件用导电层。 阳极氧化： 制备金属氧化物薄膜，如氧化铝、氧化钛等，用于光学、电子、催化等领域。 电化学合成纳米材料： 如金属纳米颗粒、碳纳米管、量子点等的电化学制备方法及其性能。 电化学表面改性： 提高材料的润湿性、粘附性、生物相容性等。 电化学抛光与清洁。 第十章 电化学在生物医药领域的应用 本章将探讨电化学技术在生命科学与医学领域的创新应用。内容包括： 生物传感器： 基于酶、抗体、核酸等生物识别元件，结合电化学信号转换，实现葡萄糖、DNA、蛋白质等生物分子的灵敏检测。 生物电化学： 研究生物分子在电极表面的电化学行为，如酶催化反应、微生物代谢等。 药物递送： 利用电化学刺激控制药物的释放速率和靶向性。 电化学治疗： 如电外科手术、电刺激治疗等。 电化学在细胞研究中的应用。 第十一章 电化学分析技术 电化学分析技术以其高灵敏度、高选择性、快速便捷等优点，在科学研究、质量控制、环境监测等领域得到广泛应用。本章将系统介绍主要的电化学分析技术。内容包括： 伏安法： 线性扫描伏安法（LSV）、循环伏安法（CV）、方波伏安法（SWV）、差分脉冲伏安法（DPV）等，以及它们在定性、定量分析中的应用。 恒电位/恒电流库仑法： 用于精确测定物质的摩尔质量或反应中的电子转移数。 电化学阻抗谱（EIS）： 用于研究电极界面过程、电荷转移电阻、扩散阻抗等，是表征电池、催化剂的重要手段。 导电性/电位测量。 第十二章 电化学过程的安全性与环境影响 任何工程技术在发展的同时，都必须关注其安全性和环境影响。本章将讨论电化学过程中的潜在风险，以及如何采取措施降低这些风险。内容包括： 化学品安全： 强酸、强碱、易燃易爆物质、有毒物质等的使用与储存。 电气安全： 电解槽的漏电、短路、过电压等风险。 热安全： 电化学反应过程中产生的热量及其控制。 环境污染物排放： 废水、废气、固体废弃物的处理与处置。 可持续性设计： 绿色溶剂、可再生能源的应用，以及对生命周期评估的考虑。 第十三章 新兴电化学技术与前沿研究 电化学工程学科正处于快速发展阶段，不断涌现出新的技术和研究方向。本章将介绍一些新兴的电化学技术及其潜在应用。内容包括： 微纳电化学： 微流控电化学、单细胞电化学分析。 柔性与可穿戴电化学器件。 电化学机器。 机器学习与人工智能在电化学研究中的应用。 光电化学与声电化学。 第十四章 实验与仿真技术 理论学习与实验操作相结合是掌握电化学工程知识的关键。本章将介绍进行电化学实验的常用设备、操作规程以及数据处理方法。同时，还将介绍电化学过程的仿真模拟技术，包括模型建立、数值计算方法以及常用仿真软件的应用，帮助读者理解和预测电化学过程的行为。 第十五章 行业应用案例分析 为了将理论知识与实际工程问题相结合，本章将选取若干具有代表性的电化学工程应用案例进行深入分析。这些案例将涵盖工业电解、电池制造、环保治理、新材料开发等多个领域，详细剖析实际工程中遇到的挑战、解决方案以及技术的经济性考量，旨在培养读者分析和解决实际工程问题的能力。 本书特色 本书内容结构清晰，逻辑严谨，理论与实践相结合，既有扎实的理论基础，又有丰富的工程实例。语言力求准确、精炼，力求达到概念清晰、条理分明、易于理解。通过对本书的学习，读者将能够系统掌握电化学工程的基本原理和核心技术，为从事相关领域的研究、开发、设计和生产工作奠定坚实的基础。本书适合作为高等院校化学工程、材料科学、环境工程、能源工程等专业的本科生和研究生教材，也可作为相关领域科研人员和工程师的参考书。

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我是在一个项目收尾阶段偶然接触到这本书的，当时正为我们研发的新型储能设备中的关键组件性能不稳定而焦头烂额。我原本期望它能提供一个立竿见影的解决方案，但这本书的价值，恰恰在于其宏大的视角和对基础理论的深挖。它没有直接给出“你应该用哪种涂层”这种快餐式的答案，而是从更底层的电化学界面相互作用原理入手，解释了为什么某些设计在特定电解液中会失效。书中关于电极形貌对电荷转移效率的影响的讨论，简直是拨云见雾。我花了大量时间去对照我们实验室的数据，发现很多我们认为是随机波动的现象，在书中的模型下竟然都有了合理解释。特别是关于电极在长期循环过程中的结构演变那一章，作者引用了大量的电镜图和光谱分析结果，那种扎实的证据链条，让人无法辩驳。这本书更像是一位经验丰富的老工程师在跟你促膝长谈，告诉你如何从根本上理解问题，而不是仅仅修补表面的裂缝。

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读完这本书，我最大的感受是，它成功地架起了一座连接基础科学与尖端工程应用的桥梁。我们都知道钛是极其优秀的材料，但如何将这种优异性最大化地体现在电极的实际工作状态中，一直是工程师们面临的难题。这本书对此提供了非常精妙的指导。书中对表面处理技术的讨论，尤其细致，它不仅仅介绍了酸洗、电抛光这些常规手段，更深入地剖析了等离子体刻蚀和激光诱导改性在改善界面润湿性和电荷注入效率方面的潜力。那些关于如何通过控制孔隙率和比表面积来平衡导电性和机械强度的论述，简直是艺术级别的平衡术。我特别欣赏作者在讨论新兴技术时保持的审慎态度，他既展示了前沿研究的令人兴奋的成果，同时也清晰地指出了当前技术在寿命、成本和可放大性方面存在的瓶颈，这种不回避问题的诚实态度，是真正有价值的工程学著作的标志。

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这本书的语言风格，与我之前读过的几本技术手册截然不同。它没有那种冷冰冰的“说明书”腔调，而是带有一种老派学者的风范——精确，但又不失温度。在描述复杂的电化学反应过程时，作者似乎总能找到最恰当的、能引发读者共鸣的词汇。例如，描述电极在苛刻环境下发生的钝化现象时，他使用了“如同钢铁英雄卸下战甲”的比喻，一下子就把材料的衰变过程具象化了。虽然技术细节仍然是硬核的，但这种叙事上的润饰，极大地降低了阅读的门槛，让那些对材料科学边缘领域略有涉猎的读者也能跟随其思路进行深度思考。这本书的价值不仅仅在于它提供了多少“知识点”，更在于它塑造了一种严谨而富有创造力的工程思维模式，它教会你如何去看待一个电极，如何去提问，以及如何一步步地接近那个“完美”的界面。

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这本书，说实话，初次翻开时，我以为会是那种枯燥乏味的教科书，里面堆满了晦涩难懂的专业术语和复杂的化学方程式。毕竟“钛电极工学”这几个字听起来就带着一股子严谨的学术气息。然而，真正读进去之后，才发现它远比我想象的要生动得多。作者在开篇就花了相当大的篇幅来介绍钛材料的物理和化学特性，用了很多形象的比喻，比如将钛的耐腐蚀性比作穿上了一件“隐形的盔甲”，这种叙事手法一下子就抓住了读者的注意力。接着，内容深入到电极的制备工艺，从基础的冶炼到后期的表面改性，每一步的流程都描述得细致入微，甚至连不同温度和压力对最终电极性能的影响都有详尽的对比数据。尤其让我印象深刻的是对电催化反应机理的剖析，那部分内容逻辑性极强，仿佛作者正带着我走进一个微观的反应世界，让我这个非本专业的读者也能大致领会到其中的精妙之处。它不仅仅是知识的罗列，更像是一部工业实践的编年史，充满了对工艺细节的执着和对材料潜能的探索。

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这本书的编排结构，坦白讲，一开始有点让人感到挑战。它不像流行的科普读物那样，把最精彩的部分放在最前面吸引眼球。相反，它以一种近乎古典的、结构化的方式展开，仿佛在构建一座知识的金字塔，每深入一层，对前面积累的理解要求就更高一些。我感觉作者非常注重理论的严谨性和体系的完整性。比如，在讲解活性物质负载方法时，他并没有止步于常见的浸渍法或共沉积法，而是花费了足足三分之一的篇幅去探讨超声波辅助沉积和电喷雾法的差异，甚至还涉及到了流体力学在溶液扩散中的作用。对于希望系统性学习电极制造工艺的人来说，这无疑是一笔宝贵的财富。但对于只想快速了解某一特定技术的人来说，可能会觉得前期铺垫稍显冗长。对我个人而言，这种循序渐进的“筑基”过程，反而让我对钛电极的整个生命周期有了更深刻的敬畏感。

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