纳米技术在能源方面的应用.ppt

,纳米技术在能源方面的应用,12材料科学与工程1陈祖锦,Foreword,前言,应用背景：,21世纪我们面临着越来越严重的能源短缺问题，能源危机制衡着我们的发展，并将长期的伴随和困扰着我们。因此，节约能源、开发并储存新能源成为一种趋势，而纳米技术的发展为这一目标的实现提供了可能。,Contents,目录,节约能源方面的应用,储存能源方面的应用,开发能源方面的应用,其他方面的应用,PartOne,节约能源应用举例,01,纳米燃油添加剂,原理：,通过纳米技术将微量元素制成纳米单位的成分配制到添加剂中，利用纳米材料的物理特性，起到吸附、清洁、润滑和活化分子的作用。除此之外，在燃烧室高温作用下，纳米混合体还能发生气体性微爆，使燃油二次雾化，充分燃烧。,优点：,一、保护发动机，延长寿命5-10年；二、超值省油5-16.6%；三、清除积炭95%以上；四、降低氮氧化物66%；五、降低排放，消除尾气黑烟。,纳米节能照明灯,原理：,纳米反射技术应用于照明，是制作成新式结构的反射装置纳米节能反光罩，其主要是应用反射光学原理，配合纳米镀膜镜面处理，改良光学曲率，使光源的光反射率达到99%以上。,应用前景：,纳米反射技术在照明行业的应用，突破了光源节能仅仅节约能源20%的极限节能进一步提升至60%以上，同时光源寿命提高达30%以上，使照明节能取得了划时代的进步。目前三一纳米节能技术公司已研制开发的纳米反光罩及纳米节能照明产品，可达到省电2/3，只需1/3电能的节能效果。无疑带来了照明节能的革命，对于中国乃至全世界节能减排将产生巨大贡献，具有极其重大的推广意义。,纳米技术使产品制造微型化,原理：,普通飞机,纳米飞机,世界上第一台计算机,22纳米技术制造的Intel芯片,通过研究纳米级物质(包括分子、原子、电子)在100皮米100纳米空间内的运动规律、内在运动特点，并利用这些特性制造特定功能产品，使之体积更小，性能更好。,应用：,通过所举的几个例子可以看出，通过纳米技术可以大大减少制造产品所需的耗材，直接达到了节约资源的目的。,PartTwo,储存能源应用举例,02,碳纳米管在储氢材料方面的应用,原理：,碳纳米管有着巨大的比表面积和特殊的孔隙结构，其表面原子配位数不足，存在未饱和键，因此特别容易吸附其他原子。,应用背景：,应用展望：,相比于其他储氢材料,纳米碳材料储氢具有安全、成本低、寿命长、吸放氢条件温和等优点。随着碳纳米管储氢研究的开展，其有望为能源和环境的可持续性发展提供解决途径,产生巨大的经济和社会效益。,“纸电池”,定义：,科研人员将带有碳纳米管或硅纳米线的墨水，涂在纸张上制成“纸电池”。,优点：,价格便宜，携带方便，对环境无害，能够承受4万次的充放电循环，要比相同量级的锂电池更好。,应用：,“纸电池”可以在分布式电网中作为大规模电力存储的装置，比如将风能、太阳能的电力存储起来。,PartThree,开发能源应用举例,03,染料敏化TiO2太阳能电池,应用背景：,在化石能源日益枯竭的今天，人们将目光逐渐投向太阳能，太阳能电池应运而生。,染料敏化TiO2太阳能电池,应用原理：,在光照情况下，染料分子吸收光由基态变为激发态，激发态很容易发射电子，由于染料激发态与TiO2导带的能级差，电子注入TiO2导带，染料基态空缺电子处马上由包含氧化还原系统的电解质施与的电子填充（电解质常为I-/I3-），而氧化还原电解质所失去的电子由注入对电极的电子所补充，从而形成整个光生电子的循环回路。,多孔硅在太阳能电池中的应用,应用原理：,多孔硅是一种新型的一维纳米光子晶体材料，它是间接带隙半导体，孔隙率为30%80%，具有良好的光学性能。其在室温下，光致发光和电致发光特性非常优异，减反效果显著，因此常被用来制作多晶硅太阳能电池中的减反层。,一、多孔硅高的绒面表面形貌可以用来增强光的捕获；二、多孔硅的带隙可以根据对阳光的最佳吸收来调整；三、多孔硅可将紫外光和蓝光转变成波长更长的光，进而提高量子效率；四、多孔硅易于大面积制备。,多孔硅在太阳能电池应用中的优点,PartFour,其他方面的应用,04,纳米级ZnO、TiO2在防晒霜上的应用,织物经纳米ZnO整理前后的抗紫外透过率比较,随着二氧化碳排放量剧增，臭氧层日趋稀薄，紫外线的强度日益增加，各种防晒化妆品也应运而生。防晒产品中大多使用有机化合物为紫外线吸收剂，容易产生皮肤过敏等问题。在纳米技术被广泛应用的今天，钠米TiO2及ZnO以其安全无毒、不分解、不变质、能屏蔽紫外线、等优异性能，被广泛应用于防晒化妆品中。,应用背景：,应用原理：,纳米级ZnO的产品粒子为纳米尺寸，其比表面积很大，具有光化学效应和良好的屏蔽紫外线性能，是理想的防晒材料。,纳米技术在建筑材料中的应用,作为建筑涂料：,纳米复合涂料具有耐老化、抗辐射、剥离强度高等特点，在建材(特别是建筑涂料)方面的应用已经显示出了它的独特魅力。,纳米技术在混凝土材料中的应用：,利用纳米技术开发新型的混凝土可大幅度提高混凝土的强度、可施工性和耐久性能，使其具有吸声、防冻、高强且高韧性等功能。,作为建筑钢材：,建筑钢材是应用广泛的现代工程材料,一直在向高强轻质方向发展,利用纳米技术开发自身防火和防腐的钢材,必将促进钢结构更快的发展。,总结与展望,纳米材料以其独特的性能正在越来越多领域得到应用，随着科学技术的进步，当前纳米材料制备和