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纳米结构材料在太阳能转化中的应用

《纳米结构材料在太阳能转化中的应用》是2007年科学出版社出版的图书,作者是曾我哲夫。

纳米结构材料在太阳能转化中的应用基本信息

纳米结构材料在太阳能转化中的应用内容简介

本书对用于太阳能转换的纳米结构材料进行了全面综述,内容包括了从无机到有机的各种材料和器件类型。本书分为以下五部分:纳米结构太阳能电池的基本原理,传统薄膜太阳能电池中的纳米结构,染料敏化太阳能电池,基于有机材料和碳的太阳能电池以及其它纳米结构太阳能电池。本书中各章节的作者均为各自研究领域的专家。

本书对用于太阳能转换的纳米结构材料进行了全面系统的综述,内容包括纳米结构太阳能电池的基本原理,传统薄膜太阳能电池中的纳米结构,染料敏化太阳能电池,基于有机材料和碳的太阳能电池以及其它纳米结构太阳能电池。尽管纳米结构太阳能电池的研究时间还不长,但我们相信,高效能、性能稳定、成本低廉、大面积化的纳米结构太阳能电池必将成为太阳能电池中的重要一员。

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纳米结构材料在太阳能转化中的应用造价信息

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纳米结构材料在太阳能转化中的应用图书目录

序言

介绍

第一部分纳米结构太阳能电池的基本原理

第一章 太阳能电池的基本原理

第二章 纳米太阳能电池的器件模型

第三章 纳米太阳能电池的光学和电学模型

第四章 量子阱太阳能电池折射率和反射率的数学模拟

第二部分 传统薄膜太阳能电池的纳米结构

第五章 无定形硅和微晶硅薄膜太阳能电池

第六章 基于纳米CdS,CIS,CdTe和Cu2S的薄膜太阳能电池

第三部分 染料敏化太阳能电池

第七章 TiO2基染料敏化太阳能电池

第八章 染料敏化纳米结构ZnO电极在太阳能电池中的应用

第九章 固体染料敏化太阳能电池

第四部分 有机材料和碳基太阳能电池

第十章 聚合物太阳能电池中纳米结构及纳米形貌设计

第十一章 纳米结构有机块体异质结太阳能电池

第十二章 光合成材料及结构在太阳能电池中的应用

第十三章 富勒烯基薄膜光电材料

第五部分 其它纳米结构

第十四章 纳米结构化的ETA太阳能电池

第十五章 量子结构太阳能电池

第十六章 量子阱太阳能电池及量子点集中器

第十七章 基于纳米技术的中间带太阳能电池

第十八章 纳米结构光电材料的制备与表征

索引

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纳米结构材料在太阳能转化中的应用基本信息

版 次:1页 数:660字 数:756000

印刷时间:2007-5-1开 本:纸 张:胶版纸

印 次:I S B N:9787030189820包 装:精装

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纳米结构材料在太阳能转化中的应用常见问题

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纳米结构材料在太阳能转化中的应用文献

纳米结构材料的模板合成方法 纳米结构材料的模板合成方法

纳米结构材料的模板合成方法

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页数: 8页

纳米结构材料的模板合成方法 苏育志 龚克成 【摘 要】 本文综述了以径迹蚀刻聚合物膜或多孔 Al 2O3膜为模板,结合电化学沉积、化 学沉积、现场聚合、溶胶 -凝胶法和化学气相沉积技术 合成导电聚合物、金属、碳、无机半导体 等纳米管状或线型材料的方法。同时还介绍了模板 合成材料的应用前景。 【关键词 】 纳米材料;模板合成 中图分类号 :TB383 文献标识码 :A Template Synthesis of Nanomaterials SU Yu-zhi,GONG Ke-cheng (Polymer Structure & Modification Res.Lab.,South China Univ.of Technol.Guangzhou 510400,China) 【 Abstract 】 This article reviews a template synthesis me

美研发新型纳米材料  太阳能涂层光热转换率达90% 美研发新型纳米材料 太阳能涂层光热转换率达90%

美研发新型纳米材料 太阳能涂层光热转换率达90%

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页数: 未知

据了解,美国能源部在2010年发起了"射日"项目,希望在2020年前,促使太阳能发电成本降低到具有足够的市场竞争力。

纳米技术在涂料产品中的完美应用

  一、纳米材料释意    所谓“纳米材料”必须符合以下两个条件:第一,材料粒径小于100nm;第二,材料较之前出现新的特性。    二、纳米技术在涂料中的应用    纳米技术在涂料产品中的完美应用,主要包括内墙、外墙、抗菌乳胶漆、底漆等几十个品种。产品性能得到大大的提高:纳米特有的双疏性,不粘水,不粘油,耐洗刷达上万次;超强附着力和弹性,不空鼓,不起皮,不开裂;纳米材料紫外线屏蔽功能,大大提高了耐老化性,长久不褪色,使用寿命达十几年;独特的光催化作用、自洁功能,可防霉杀菌,净化空气。    根据涂料应用场合:    1、外墙涂料    若用户需提高涂料的抗老化、耐擦洗、抗沾污性能,对于中高档涂料,建议单用或与结合使用。前者加量为1—5%,后者加量为纳米氧化钛为0.5-3%,纳米硅为0.5—2%,对于中低档涂料,纳米材料加量为1-2%,主要用纳米氧化硅,不用或少用纳米氧化钛。一般而言,在成本允许范围内纳米材料用量尽可能用高的百分比,在对成本有严格控制的情况下,建议客户通过试验确定最佳的纳米材料添加量使之有着很好的性价比。    2、内墙涂料    若用户对室内空气质量有较高要求时,可用纳米氧化钛或米负离子粉来净化空气,用纳米抗菌材料或用纳米氧化锌来提高抗菌、防霉性能。用户可通过结合使用纳米氧化钛和纳米氧化硅来提高涂料的流平性、抗沾污性能和增稠性能,建议用量(1—3%),单用,复合皆可,采用负离子和锐钛型纳米氧化钛可以提高涂料净化空气的能力。    3、特殊涂料    ①抗静电涂料,用于机房等抗静电要求高的场所;    ②耐磨涂料,采用纳米氧化锆、纳米氧化钴等可显著提高涂料的硬度和耐磨性;    ③耐腐蚀涂料,纳米氧化硅、纳米氧化钛、纳米氧化锌单独或组合使用可提高涂料的抗腐蚀性能,尤其是抗海水腐蚀能力;    ④防火涂料,如果对涂料的防火性能有要求时,建议使用纳米氧化镁,添加量分别为0.5-5%。    三、在涂料中常用的几种纳米材料    纳米材料建议添加量作用    纳米级氧化钛0.5-3%增强抗紫外、光催化触媒、抗菌材料、空气清洁    纳米级氧化硅0.5-2%增稠、提高悬浮性、抗腐蚀性    纳米级氧化锌0.5-3%增强涂料强度和致密性、粘合性、光洁度    纳米抗菌材料0.5-2%抗菌、防霉纳米级氧化铝0.5-3%增强耐磨、耐水性能    纳米级氧化镁0.5-5%防火性能    四、纳米材料在涂料中的建议分散方法    在低速搅拌状态下,先将一定量的纳米材料按所需量缓缓倒入去离子水中,并加入适当的分散剂,边加料边搅拌,待全部材料加完后,高速乳化或分散半小时,再与涂料体系相混,中速搅拌一段时间即可。客户亦可按自己的分散工艺进行。    
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聚焦纳米材料在新型建材中的应用

    纳米技术作为一门新兴的技术,在多个领域具有非常重要的应用,尤其是极大地推动了新型建材的发展,介绍了纳米技术在新型建筑涂料、复合水泥、自洁玻璃、陶瓷、防护材料等方面的应用,通过论述可知,纳米材料在新型建材领域具有很好的发展应用前景。     一、纳米涂料的应用     通常传统的涂料都存在悬浮稳定性差,耐老化、耐洗刷性差,光洁度不够等缺陷。而纳米涂料则能较好的解决这一问题,纳米涂料具有下述优越的性能:(1)具有很好的伸缩性,能够弥盖墙体细小裂缝,具有对微裂缝的自修复作用。(2)具有很好的防水性,抗异物粘附、沾污性能,抗碱、耐冲刷性。(3)具有除臭、杀菌、防尘以及隔热保温性能。(4)纳米涂料的色泽鲜艳柔和,手感柔和,漆膜平整,改善建筑的外观等。     虽然国内外对纳米涂料的研究还处在初步阶段,但是已在工程上得到了较广泛的应用,如北京纳美公司生产的纳米系列涂料已大量应用于北京建欣苑、建东苑等住宅区的外墙粉刷,效果良好。在首体改造工程中,使用纳米涂料1700吨,涂刷6万平方米。复旦大学教育部先进涂料工程研究中心的专家已研发出了“透明隔热玻璃涂料”。 三、纳米玻璃的应用 普通玻璃在使用过程中会吸附空气中的有机物,形成难以清洗的有机污垢,同时,水在玻璃上易形成水雾,影响可见度和反光度。而通过在平板玻璃的两面镀制一层TiO2纳米薄膜形成的纳米玻璃,则能有效的解决上述缺陷,同时TiO2光催化剂在阳光作用下,可以分解甲醛、氨气等有害气体。此外纳米玻璃具有非常好的透光性以及机构强度。将这种玻璃用作屏幕玻璃、大厦玻璃、住宅玻璃等可免去麻烦的人工清洗过程。     四、纳米技术在陶瓷材料中的应用     陶瓷因其具有较好的耐高温以及抗腐蚀性以及良好的外观性能而在工程界得到了广泛的应用(如铺贴墙面的瓷砖),但是陶瓷易发生脆性破坏,因而在使用过程中也受到了一定的限制。使用纳米材料开发研制的纳米陶瓷则具有良好的塑性性能,能够吸收一定量的外来能量。在陶瓷基中加入纳米级的金属碳化物纤维可以大大提高陶瓷的强度,同时具有良好的抗烧蚀性,火箭喷气口的耐高温材料就选用纳米金属陶瓷作为耐高温材料。用纳米SiC、Si3N、ZnO、SiO2、TiO2、A12O3等制成的陶瓷材料具有高硬度、高韧性、高强度、耐磨性、低温超塑性、抗冷热疲劳等性能优点。纳米陶瓷将作为防腐、耐热、耐磨的新材料在更大的范围内改变材料的力学性质,具有非常广阔的应用。     五、纳米技术在防护材料中的应用     通常是在胶料中加入炭黑等以提高材料的防水性能,但这种材料的耐腐蚀性以及耐侯性较差,易老化,研制具有高强、耐腐蚀、抗老化性能的防水材料也是工程界一直在积极研究的问题,纳米防水材料能够很好满足上述要求,北京建筑科学研究院就成功的研制了具有较好耐老化性能的纳米防水卷材,该类防水卷材具有很好的强度、韧性、抗老化性以及光稳定性、热稳定性等。纳米防水卷材具有叫广泛的应用前景,如建筑顶面、地下室、卫生间、水利堤坝以及防潜工程等。     六、纳米保温材料     随着我国推行节能减排的方针,工程界也越来越注重建筑的保温节能性能,我国目前使用的比较多的仍是聚氨酯、石棉等传统隔热保温材料,这些材料在使用过程中容易产生一些对人体有害的物质,如石棉与纤维制品含有致癌物质,聚氨酯泡沫燃烧后释放有毒气体,而通过使用纳米材料开发研制的保温材料则能避免这些弊端,如以无机硅酸盐为基料,经高温高压纳米功能材料改性而成的保温材料不仅具有很好的保温效果,同时对人体也无损害,是一种绿色环保保温材料。公务员之家     七、纳米技术在其粘合剂以及密封材料和润滑剂方面的应用     对于一些在深海中作业的结构以及其他特殊环境下工作的构件,它们对结构的密封性的要求非常高,已超过了普通粘合剂和密封剂所能满足的范围。国外通过在普通粘合剂和密封胶中添加纳米SiO2等添加剂,使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性能都大大提高。其工作机理是在纳米SiO2的表面包覆一层有机材料,使之具有永久性,将它添加到密封胶中很快形成一种硅石结构,即纳米SiO2形成网络结构的胶体流动,提高粘接效果,由于颗粒尺寸小,更增加了胶的密封性。大型建材机械等主机工作时的噪声达到上百分贝,用纳米材料制成的润滑剂,既能在物体表面形成半永久性的固态膜,产生根好的润滑作用,大大降低噪声,又能延长装备使用寿命,具有非常好的应用前景。     八、结语     纳米技术作为一门新兴的学科,被誉为二十一世纪最具有发展前景的技术,是对未来经济和社会发展产生重大影响的一种关键性前沿技术。纳米技术在建筑材料方面的应用前景非常广阔,纳米技术不仅会推动建材新产品的开发,还将为改善人们的生活环境,提高生活质量做出不可估量的贡献。纳米功能材料已成为国内外研究的热点,目前研究开发工作正处于刚刚起步阶段,还有很多问题还未很好的解决,需要将进一步加速对纳米材料的研究以及推广应用。纳米材料将成为21世纪新型建筑材料的发展新方向,相信在不久的将来,我们将跨入一个全新的材料时代—纳米材料时代。

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纳米材料技术在涂料中的应用

  如今纳米材料技术在涂料行业受到了广泛的关注。利用这一技术领域中的几种方法可以获得有机-无机纳米复合材料或纳米构型涂料。纳米材料技术是广义的纳米技术下的一个子集,而如今这一技术对于涂料行业来说意义非凡。纳米技术对于涂料的重要性不仅清晰的体现在为数众多的与纳米材料相关的研究出版物和专利的接连问世,还体现在近年来大量的纳米材料公司的纷纷成立。如今无论你身处行业内、政府还是学术实验室,你都不可避免的要面对这样一个事实:“纳米项目”所受关注度与日俱增,而且已经成为了现有资源的重要组成部分。社会给予这个项目如此高的关注度的主要原因在于它可以使涂料性能在原有基础上实现质的飞跃。例如,使涂料具有抗划伤性和抗擦伤性,表现出抗腐蚀性等防护性能,以及拥有其它重要的机械性能。    应当指出,“越小越好”对于涂料科研人员和配方设计师来说并不是一个全新的理念。早在几十年前,科学家们就已经了解到,粒径较小的乳液更容易成膜,并且使建筑涂料中的颜色附着力表现更为优异。也有几家原材料供应商在这方面做出了一些尝试,但是,可以肯定的说所有对于纳米材料在涂料中应用的较早前的工作都基本是零星的没有系统的。如今,虽然未经正式的统一协调,但全球有为数众多的机构和团体从不同方面对纳米材料在涂料中的应用进行不懈的科研开发。因此,在未来几年内,条件一旦成熟必将实现涂料行业的重大突破。    纳米材料技术在涂料中应用的最基本的目的就是产生一种纳米复合材料(比如在有机基质中包含无机纳米颗粒),或在单相纳米涂层中形成纳米结构。纳米材料的种类包罗万象,只要材料的最小直径在几纳米到100多纳米之间,即可称为纳米材料。从涂料角度来说这一技术有两个关键作用:第一,有相对大量的界面物质;第二,材料外观光学透明。    通常我们公认为,处在两种材料之间接触面的“界面物质”的性质与两边主体材料的性质均不相同。另一方面,在界面上聚合物的玻璃化转变温度([Tg])发生改变。聚合物的玻璃化转变温度的改变是源于空间位阻效应和热函效应,这部分地改变了位于聚合物/填料接触界面上的聚合物分子的迁移率。从理论上讲,“界面物质”的性能差异相对于主体材料来说,更能影响整个复合材料的性能。但是对于传统复合材料来说(比如一种填充微米级填料的涂层),因为所涉及的界面面积相对较小,所以这一现象对于整体性能的影响可忽略不计。而在纳米复合材料中,这一面积范围至少要高出一个数量级。因此,“界面物质”可以说是非常重要的。我们可以想象的到,当分散的纳米粒子替代了原有较大颗粒时,可使涂料配方设计师们显著地增加界面物质的含量。这样,界面物质就成为了复合涂层的一个主要部分。如果界面物质在不增加其它复合材料的物质的基础上拥有更为优良的性能,那么将产生最大的收益。    光学透明是许多涂料的一个最基本的性能要求,比如汽车清漆、地板耐磨层以及光学透镜涂层。除非无机粒子的折射率与涂料树脂的相匹配,否则加入无机粒子后会引起光线发生散射,从而降低或消除涂料的透明性。而由于纳米粒子小于可见光的波长(400-800纳米),因此它们产生的光散射很小。所以它们可以被添加到涂料清漆配方中,而对于涂料视觉效果的影响很少甚至几乎没有。纳米粒子这一特性是极为重要的,它使纳米粒子在涂料领域的应用得到了扩展、延伸。    生成纳米复合材料或纳米构型涂料的方法包括加入预成型纳米颗粒、原位生成纳米颗粒或纳米相,以及其它纳米结构成型方法。    加入预成型颗粒    将纳米颗粒加入涂料中从而获得潜在的性能收益所面临的严峻考验就是:颗粒是否能达到纳米程度的分散。事实上,分散问题是这一领域更快速引进新产品的主要障碍之一。早期商业化生产纳米“二氧化钛”(TiO2)的尝试是失败的,首先是粉末产生高度结块,其次颗粒在涂料中难以二次分散。一种可实现纳米级别分散的方法是使用有效地研磨手段,比如球磨。想要实现有效分散,要求研磨介质要远远小于用于分散传统颗粒的介质。这种高表面积的出现对分散剂的要求就更为严苛。而由于纳米颗粒的高分散而导致的高粘度又引发了另一个丞待解决的问题。大表面积由于界面张力(例如电荷粘滞力)的增加从而提高了粘度,这便限制了纳米颗粒添加结合的数量。因此适当的增加表面官能性是解决分散性和粘度上升的另一个有效方法。另外,为了促进分散,我们还可以将颗粒表面官能化,从而使纳米颗粒拥有共价键,使其和有机树脂基材相连。    全球大多数原材料供应商实验室对于纳米颗粒的研发主要都集中在纳米颗粒的官能化和纳米颗粒的表面处理两个方面。这些努力促使用于涂料应用领域的纳米颗粒的类型不断增加,并进一步实现其商业化发展。    一家欧洲豪华汽车制造商宣布在其清漆中使用纳米颗粒(称为陶瓷颗粒)。这种涂料据称是世界上第一款结合纳米粒子实现性能增强的汽车清漆。据报道,这些粒子直径小于20纳米,在140℃发生交联。相比于传统清漆,这种新涂料体系据说在进行汽车冲洗测试后仍可保持40%的光泽度。    另一种商业化应用越来越多的纳米颗粒是纳米二氧化钛。通常所使用的颗粒尺寸约为200纳米,应用于涂料中时可起到优化光散射和增强涂料遮盖力的作用。纯二氧化钛表面在紫外光辐射和潮湿环境中可以催化降解有机化合物。当暴露在紫外光和潮湿环境中时,这种涂料的表层会降解,成为“白垩粉尘化。”经过一场暴风雨将粉尘彻底清洗,从而显露出一个清洁的表面。利用二氧化钛的光催化特性可制造出杀菌、自清洁表面。这一特性最早的应用是在那些照明灯具的透明涂层上,而这些照明灯具通常安装在难以清洁的地点,比如交通隧道中。最近,越来越多的“自清洁”技术得以推广,比如使用纳米二氧化钛涂层的建筑外窗。    二氧化钛的光催化活性的另一用途是制备防雾表面。将纳米二氧化钛薄层涂于玻璃等物体表面,可使表面在紫外线和较小潮湿环境中具有高极性。在这种玻璃表面,微量的水分将自动地形成薄薄的一层,而不是形成致使玻璃雾化的微小水滴。利用这一特性而制造的防雾玻璃可应用于汽车车窗。    二氧化钛吸收紫外光这一特性是其应用于防晒乳液中的主要原因。而纳米二氧化钛因其易于清洁而需求不断增加。在涂料应用领域,纳米二氧化钛正作为一种受阻胺类UV稳定剂的替代品而进行研发。研究表明,纳米级别的二氧化钛颗粒(6-92纳米级别金红石和锐钛型二氧化钛)在水性丙烯酸和异氰酸酯基丙烯酸涂料中作为紫外光吸收剂,它的性能相当或优于同类受阻胺类光稳定剂。    氧化锌和硫化钡是另外两个应用于涂料领域的纳米颗粒的重要材料。纳米氧化锌颗粒在涂料中的作用与盖底颜料相似。据报道,它还可用作抗菌剂和光稳定剂使用。纳米硫酸钡正在被推广成为适用于各种清漆的颜料分散稳定剂和功能性添加剂。    纳米粘土是另一种无机纳米粒子。粘土(层状硅酸盐)和有机粘土在聚合物中的应用已被广泛研究。但加工条件和其它制备这种材料的状况限制了它们在涂料中应用,特别是在清漆中。但是,一种合成的锂铝硅酸盐粘土可被分散为纳米级粒子(比如Laponite),其主要用途是作为流变改性剂。据报道,它作为涂料添加剂使用可改善涂料性能。    纳米颗粒和纳米结构的原位生成    生成无机粒子或在有机基材中生成纳米相的最常用的方法是利用硅烷溶胶-凝胶化学法(例如:四乙氧基硅烷,TEOS)。TEOS的水解、缩合可产生不同尺寸的胶体硅颗粒,包括在碱性条件下的纳米颗粒,或在酸性条件下的交联块。控制反应条件,硅烷和有机分子形成含有二氧化硅纳米颗粒或纳米相的涂层。这种方法已投入实践操作已有超过15年的商业化生产经验。通过溶胶-凝胶制备的无机/有机杂化涂料已经成为一个广泛研究的课题。    溶胶-凝胶制备有机/无机杂化涂料作为飞机铝合金底漆的替代品的可行性一直是研发活动的活跃领域。研究表明在飞机和外部建筑物应用方面可提高其耐光性。而改善聚碳酸酯和塑料等软性基材及钢制品的耐划伤性也一直是另一个研究重点。    尝试开发用于电子行业的低介电常数涂料是溶胶-凝胶化学法应用的又一实例。可在表面活性剂的帮助下形成一层比二氧化硅本身介电常数更低的涂层。这一领域如今正是半导体行业关注的重点。    纳米构型    最后,我们将探讨涂料纳米构型的一些其它方法。而其中一个有趣的应用是模仿海豚的皮肤。目前已知海豚的皮肤具有纳米级别的细腻度,这有助于减少藤壶、管蟲以及其他海洋生物附着在皮肤上。由于皮肤和海洋生物之间的接触面积减少从而导致附着力降低,而海豚一旦开始游泳,这些附着物又可以被海水冲刷掉。为了模拟这种纳米结构,使用两种通常不相容的聚合物(超枝化含氟聚合物和线性聚乙二醇),将两种聚合物混合并用于一块基材之上。由于聚合物相分离,它们被交联形成一种纳米结构涂料,这种涂料拥有纳米级别的细腻程度。该领域的研发正是直接针对于发展无毒海洋涂料。    另一个形成纳米级别表面实例的是聚丙烯。它可形成一种超疏水表面,其水接触角高达160°。这种表面在天线、自清洁交通信号灯等领域具有极高的应用价值,因为它可减少物体表面对于水和雪的亲和力。上述两种纳米构型涂料可作为降阻涂料用于海洋船只表面。最近报道的“荷叶效应”也是应用相似的机理达到自清洁的效果。    总之,纳米技术为涂料改善其性能、添加新的功能特性提供了最广阔的可能性。虽然纳米材料对于涂料行业来说并不是一个全新的事物,但是在这方面的进展一直很有限,直到最近几年才有所突破。如今全球对纳米技术的关注度与日俱增,这也势必对纳米材料技术在涂料行业的应用产生深远的影响。    
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