1、納米技術在能源方面的應用12材料科學與工程1 陳祖錦Foreword前言應用背應用背景：景： 21世紀我們面臨著越來越嚴重的能源短缺問題，能源危機制衡著我們的發展，并將長期的伴隨和困擾著我們。因此，節約能源、開發并儲存新能源成為一種趨勢，而納米技術的發展為這一目標的實現提供了可能。Contents目錄節約能源方面的應用節約能源方面的應用儲存能源方面的應用儲存能源方面的應用開發能源方面的應用開發能源方面的應用其他方面的應用其他方面的應用Part One節約能源應用舉例節約能源應用舉例0101納納米燃油添加劑米燃油添加劑原理原理： 通過納米技術將微量元素制成納米單位的成分配制到添加劑中，利用納米材

2、料的物理特性，起到吸附、清潔、潤滑和活化分子的作用。除此之外，在燃燒室高溫作用下，納米混合體還能發生氣體性微爆，使燃油二次霧化，充分燃燒。優點優點： 一、保護發動機，延長壽命5-10年；二、超值省油5-16.6%；三、清除積炭95%以上；四、降低氮氧化物66%；五、降低排放，消除尾氣黑煙。納納米節能照明燈米節能照明燈原理原理： 納米反射技術應用于照明，是制作成新式結構的反射裝置納米節能反光罩，其主要是應用反射光學原理，配合納米鍍膜鏡面處理，改良光學曲率，使光源的光反射率達到99% 以上。應應用前景：用前景： 納米反射技術在照明行業的應用，突破了光源節能僅僅節約能源20%的極限節能進一步提升至6

3、0%以上，同時光源壽命提高達30%以上，使照明節能取得了劃時代的進步。目前三一納米節能技術公司已研制開發的納米反光罩及納米節能照明產品，可達到省電2/3，只需1/3電能的節能效果。無疑帶來了照明節能的革命，對于中國乃至全世界節能減排將產生巨大貢獻，具有極其重大的推廣意義。納米技術使產品制造微型化納米技術使產品制造微型化原理原理： 普通飛機納米飛機世界上第一臺計算機22納米技術制造的Intel芯片通過研究納米級物質(包括分子、原子、電子)在100皮米100納米空間內的運動規律、內在運動特點，并利用這些特性制造特定功能產品，使之體積更小，性能更好。應用應用： 通過所舉的幾個例子可以看出，通過納米技

4、術可以大大減少制造產品所需的耗材，直接達到了節約資源的目的。Part Two儲存能源應用舉例儲存能源應用舉例0202碳碳納米納米管在儲氫材料方面的應用管在儲氫材料方面的應用原理原理： 碳納米管有著巨大的比表面積和特殊的孔隙結構，其表面原子配位數不足，存在未飽和鍵，因此特別容易吸附其他原子。應應用背景：用背景： 應用展應用展望望： 相比于其他儲氫材料,納米碳材料儲氫具有安全、成本低、壽命長、吸放氫條件溫和等優點。隨著碳納米管儲氫研究的開展，其有望為能源和環境的可持續性發展提供解決途徑,產生巨大的經濟和社會效益。“紙電池紙電池”定義定義： 科研人員將帶有碳納米管或硅納米線的墨水，涂在紙張上制成“紙

5、電池”。優點優點： 價格便宜，攜帶方便，對環境無害，能夠承受4萬次的充放電循環，要比相同量級的鋰電池更好。應用應用： “紙電池”可以在分布式電網中作為大規模電力存儲的裝置，比如將風能、太陽能的電力存儲起來。Part Three開發能源應用舉例開發能源應用舉例0303染料敏化染料敏化TiO2太陽能電池太陽能電池應應用背景：用背景： 在化石能源日益枯竭的今天，人們將目光逐漸投向太陽能，太陽能電池應運而生。染料敏染料敏化化TiO2太陽能電池太陽能電池應應用原理：用原理： 在光照情況下，染料分子吸收光由基態變為激發態，激發態很容易發射電子，由于染料激發態與TiO2 導帶的能級差，電子注入TiO2 導帶

6、，染料基態空缺電子處馬上由包含氧化還原系統的電解質施與的電子填充（電解質常為I-/I3-），而氧化還原電解質所失去的電子由注入對電極的電子所補充，從而形成整個光生電子的循環回路。多孔多孔硅在太陽能電池中的應用硅在太陽能電池中的應用應應用原理：用原理： 多孔硅是一種新型的一維納米光子晶體材料，它是間接帶隙半導體，孔隙率為30%80%，具有良好的光學性能。其在室溫下，光致發光和電致發光特性非常優異，減反效果顯著，因此常被用來制作多晶硅太陽能電池中的減反層。一、多孔硅高的絨面表面形貌可以用來增強光的捕獲；二、多孔硅的帶隙可以根據對陽光的最佳吸收來調整；三、多孔硅可將紫外光和藍光轉變成波長更長的光，進

7、而提高量子效率；四、多孔硅易于大面積制備。多孔多孔硅在太陽能電池應用中的優點硅在太陽能電池應用中的優點 Part Four其其他方面的應用他方面的應用0404納米級納米級ZnO、TiO2在在防曬防曬霜霜上上的應用的應用織物經納米ZnO整理前后的抗紫外透過率比較 隨著二氧化碳排放量劇增，臭氧層日趨稀薄，紫外線的強度日益增加，各種防曬化妝品也應運而生。防曬產品中大多使用有機化合物為紫外線吸收劑，容易產生皮膚過敏等問題。在納米技術被廣泛應用的今天，鈉米TiO2及ZnO以其安全無毒、不分解、不變質、能屏蔽紫外線、等優異性能，被廣泛應用于防曬化妝品中。應應用用背景背景： 應應用原理：用原理： 納米級Zn

8、O的產品粒子為納米尺寸，其比表面積很大，具有光化學效應和良好的屏蔽紫外線性能，是理想的防曬材料。納米技術在建筑材料中的應用納米技術在建筑材料中的應用作作為建筑涂料：為建筑涂料： 納米復合涂料具有耐老化、抗輻射、剝離強度高等特點，在建材(特別是建筑涂料)方面的應用已經顯示出了它的獨特魅力。納米技術在混凝土材料中的應用：納米技術在混凝土材料中的應用：利用納米技術開發新型的混凝土可大幅度提高混凝土的強度、可施工性和耐久性能，使其具有吸聲、防凍、高強且高韌性等功能。作作為建為建筑筑鋼材鋼材： 建筑鋼材是應用廣泛的現代工程材料,一直在向高強輕質方向發展, 利用納米技術開發自身防火和防腐的鋼材,必將促進鋼結構更快的發展