纳米科技及能源

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1、纳米科技与能源就像毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，是一米的十亿分之一，并没有物理内涵。当物质到纳米尺度以后，大约是在1——100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法做了超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。

2、纳米技术的内涵非常广泛，它包括纳米材料的制造技术，纳米材料向各个领域应用的技术(含高科技领域)，在纳米空间构筑一个器件实现对原子、分子的翻切、操作以及在纳米微区内对物质传输和能量传输新规律的认识等等。而能源则更加重要，“能源”这一术语，过去人们谈论得很少，正是两次石油危机使它成了人们议论的热点。能源是整个世界发展和经济增长的最基本的驱动力，是人类赖以生存的基础。自工业革命以来，能源安全问题就开始出现。在全球经济高速发展的今天，国际能源安全已上升到了国家的高度，各国都制定了以能源供应安全能源全为核心的能源政策。在此后的二十多年里，在稳定能源供应的支持

3、下，世界经济规模取得了较大增长。但是，人类在享受能源带来的经济发展、科技进步等利益的同时，也遇到一系列无法避免的能源安全挑战，能源短缺、资源争夺以及过度使用能源造成的环境污染等问题威胁着人类的生存与发展。纳米技术能够产生具有独特性质的物质，可推动可再生能源的发展和利用。预计在最近几年内，人类将在能源，尤其是可再生能源方面，取得重大突破。人们将会利用更安全的核电站，更高效的太阳能电池；风能、太阳能、海洋能在我们的生活中将得到更广泛的应用。但是，这些目标的实现都离不开科学，尤其是新材料方面的重大突破。科学家们关于新材料的设想越来越明晰了。他们以纳米为单

4、位来设计新材料（1纳米等于十亿分之一米）。在这样小的尺寸上，新材料可以拥有自己特性，这些属性可以提供理想的功能，特别是把新材料制成复合材料时，它们的功能就更加强大了。最近一系列研究表明纳米技术在能源领域拥有广阔潜力。纳米材料在太阳能电池中的应用太阳能电池具有方便、无污染和不需燃料等优点，考虑到环境保护、能源的可持续发展和应用等因素，太阳能电池将成为未来社会能源结构中的主要成员。据悉，太阳能行业媒体于2008年6月中旬发布预测，在假定太阳能电池生产年增长率为20%的前提下，认为太阳能电池成本可望到2020年降低至低于1美元/瓦，到2030年降低至低于

5、0.5美元/瓦。纳米晶太阳电池因其制作工艺简单，原材料便宜，生产成本低（仅为硅基成本的五分之一到十分之一）；适合在非直射光、多云等弱光线条件下，以及光线条件不足的室内条件下运用；可以使用柔性基底等优点受到了科学家和工业界的青睐。与植物进行光合作用的场所叶绿体结构相比，纳米晶太阳电池具有相似的结构。它的纳米晶半导体网络结构相当于叶绿体中的类囊体，起着支撑敏化剂染料分子、增加吸收太阳光的面积和传递电子的作用；敏化功能材料相当于叶绿体中的叶绿素，起着吸收太阳光光子的作用。和光合作用一样，基于半导体纳米材料电极的太阳电池构成了由太阳光驱动的分子电子泵。太阳

6、能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能发电技术的地面应用研究已经经历了近30年之久，制约其发展的主要因素是系统的价格太高，目前最为广泛应用的是硅系列太阳能电池，为了降低成本，兼顾光电转换效率，各国学者都在致力于各种太阳能电池的探索研究，其中，纳米材料在太阳能电池中的应用即纳米晶体化学太阳能电池已经成为人们关注的热点。北京大学2002年5月22日公开的CN1350334纳米晶膜太阳能电池电极及其制备方法，涉及一种纳米晶膜太阳能电池电极及其制备方法，以宽禁带半导体纳米晶膜为基底，在该基底表面吸附一层金属离子，再在金属离子吸

7、附层上吸附光敏化剂。通过金属离子的表面修饰，改善电极的光电转换性能，提高太阳能电池的光电转换效率。与单纯TiO2相比，基于金属离子修饰TiO2纳米晶太阳能电池的光电转化效率提高于5～14％，可作为电极广泛应用于太阳能领域。纳米TiO2太阳能电池有着可以与传统固态光伏电池相媲美的高光电转换率，加之价格低廉，使这种电池具有广阔的前景和潜在的商业价值。虽然此类太阳能电池还存在一些问题，仍需进一步深入研究。但是，纳米太阳能电池以其高效低价无污染的巨大优势挑战未来，随着研究推进，这太阳能电池应用前景广阔无限。氢能源与新兴纳米储氢材料氢能源是一种清洁的可再生能

8、源。由于氢能源与新兴纳米储氢材料氢能源与新兴纳米储氢材料：传统的储氢材料和储氢技术达不到氢燃料电池电动车实用要求，储氢问题