炭材料在能量储存与转化中的应用

通过评述炭材料在能量储存和转化领域的研究和发展现状,如:炭材料是燃料电池重要的催化剂载体、双极板和气体扩散层材料,也是太阳能电池构建碳-硅PN结、全碳PN结以及透明导电膜的核心材料,锂离子电池和超级电容器的关键电极材料.另外,炭材料在气体存储、蓄能蓄热、核能、风能等领域也具有重要的应用.认为:炭材料形态结构多样性及其所具有的诸多优异物理和化学特性,是其在能量储存和转化领域中广泛应用的根本.提出:炭材料必须向纳米化、有序化、复合化方向发展,实现功能炭材料的可控制备、纳米结构调控、复合材料的优化设计与制备对能量转化和存储器件升级,炭材料必将获得更加广阔的发展和应用空间.     

适用于生物体系的自驱动纳米技术研究进展

随着纳米科技的快速发展,出现了不少可用于生物体系的植入式纳米器件,因而开发一种全新的、与植入式纳米器件相匹配的纳米供能系统意义重大。自驱动纳米技术可以从环境中收集能量转化为电能,实现能量自给,有望成为植入式纳米器件能源问题的有效解决方案。对纳米发电机、生物燃料电池、太阳能电池这3种自驱动纳米技术的研究现状、面临问题以及未来研究方向进行了综述,以期为自驱动纳米技术的应用与发展提供参考和借鉴。     

金属相二硫化钼在能量储存与转化中的应用进展EI北大核心CSCD

金属相二硫化钼具有较大的层间距、较高的导电率以及丰富的活性位点,在能量储存与转化领域显示出广阔的应用前景。本文综述金属相二硫化钼在能量储存与转化中的研究进展。首先介绍金属相二硫化钼的晶体结构与电子结构,概述金属相二硫化钼的制备方法,即自上而下(锂插层剥离法)和自下而上(溶剂/水热法)等。然后总结金属相二硫化钼及其复合材料在能量储存与转化领域如氢析出反应、锂(钠)离子电池和超级电容器中的应用进展。最后指出目前金属相二硫化钼还存在合成工艺不可控和结构稳定性差等问题,而对其结构和性质之间的深入研究有望从根本上改善金属相二硫化钼的性能及其在能量储存与转化领域中的实际应用价值。     

气凝胶纳米材料的研究进展

气凝胶材料是一种具有低密度、高孔隙率、高比表面积、低折射率、低介电常数等特性的纳米多孔材料,在航空航天、石油化工、环境处理、建筑保温、能量储存与转化等领域具有广泛的应用价值。重点介绍了国内外二氧化硅基气凝胶和有机气凝胶的组成、结构、制备和性能方面所取得的突破性进展,其中二氧化硅基气凝胶主要从耐高温气凝胶、疏水气凝胶和低成本气凝胶3方面进行论述,有机气凝胶主要包括聚合物基有机气凝胶和生物质基有机气凝胶。综述了气凝胶材料在绝热和吸附领域的最新研究和应用,最后对气凝胶材料未来的发展方向进行了展望。     

新型纳米碳材料的应用新进展

近年来,富勒烯、纳米碳管和石墨烯的发现和报道使纳米碳材料受到各界广泛地重视。新型碳材料可以显著提高复合材料的机械性能和导热性能;制备出具有特殊形貌和微观结构的电极材料,应用在电化学器件中可以改善电化学性能,提高能量转化效率;在催化剂和储氢材料方面也有良好的应用前景。主要总结了这三种纳米碳材料的优异性能及其在储氢材料、超级电容器、催化材料等领域的最新研究进展,并对其未来发展趋势予以展望。     

一维硅纳米材料的研究进展

作为微电子领域最重要的半导体材料,硅的一维纳米结构在器件组装、纳米尺寸磁性器件、光电子等领域具有重要的作用,已经成为国际上材料科学研究的一个热点.从制备方法、应用前景等方面综述了国际上关于纳米硅丝和纳米硅管的研究进展,并提出今后的研究方向.     

纳米微粒的表面修饰与聚合物杂化光学材料的高性能化

高折射率材料在很多光学仪器、光电器件以及信息储存和传导等领域均具有广泛的实际应用价值,备受科研工作者们的关注。但是由于传统光学树脂折射率可调范围小,一般低于1.80,使其逐渐不能满足当代社会对器件微型化的要求。笔者研究组近十年来,通过将具有高折射率的无机纳米微粒引入到传统光学树脂材料,得到了一系列基于不同高折射率纳米微粒的高性能聚合物光学杂化材料,并取得了突破性的进展,所得杂化材料的折射率最高可以达到2.3以上。为了方便广大的科研同行对这类高性能聚合物杂化材料的深入研究以及便于这类材料实现实际的应用价值,笔者基于研究组近十年来的研究成果,从纳米微粒的表面修饰方法和该研究领域的相关应用方面对这类高性能聚合物杂化材料做一个比较系统的介绍。     

纳米线电化学储能材料与器件

减少容量衰减、提高能量密度及倍率性能是当前电化学储能器件发展的国际性难题,研发新型高性能纳米储能材料及其器件是解决这一难题和发展高功率密度、高能量密度及高循环稳定性的下一代动力电池的有效途径之一。纳米线电极材料因具有独特的各向异性、快速的轴向电子传输和径向离子扩散等特性使其在纳米线储能器件的组装、原位表征等方面有着块体材料所不具有的独特优势。本文结合当前最新的研究进展和本课题组的研究工作,介绍了通过设计组装单根纳米线全固态电化学储能器件,结合原位表征技术,揭示了电化学储能器件容量衰减与电极材料电导率降低、结构劣化之间的内在规律。基于该规律,一方面从改善纳米线电极材料本征性能入手,提出并实现了纳米线化学预嵌入、拓扑取代、取向有序化等性能优化策略,显著提高了电极材料的电导率及其电化学储能器件的循环稳定性和倍率特性;另一方面从抑制纳米线电极结构劣化入手,设计构筑了纳米线分级结构和一维自缓冲纳米杂化结构,显著增加纳米线的比表面积和电化学活性位点,大幅提高了纳米线储能器件的能量密度、功率密度以及器件可靠性,为纳米线电化学储能器件的发展和应用奠定基础。     

导电基质纳米复合电极材料的研究进展

在各种能源储存设备中,锂离子电池成为重要的首选储能器件,在便携电子设备、电动车、混合电动车及其它能源存储设备等方面都有广泛应用。如何提高锂离子电池用电极材料的锂离子储存性能,已经成为材料科学与工程领域的热点之一。利用导电基质构建纳米结构复合材料是提高锂离子储存性能的有效途径。简要介绍了碳基和金属基质纳米复合电极材料的研究进展,主要包括材料制备新方法、新工艺、锂离子电池改性及其发展趋势等内容。     

石墨烯类材料在疾病诊断治疗方面的研究进展

石墨烯是处于蜂窝状晶体点阵上的碳原子以sp2杂化链接形成的单原子层二维晶体,因独特的结构及优异的性能而备受关注,并在复合材料、纳米电子器件、能量储存和转换、液晶显示等众多领域具有重要的应用前景.主要介绍石墨烯类材料在疾病诊断和治疗方面的应用研究,包括生物分子检测、生物成像等诊断检测和药物载体、光动力治疗等肿瘤治疗方面的应用,并展望了其在生物医学领域的发展前景.     

一维纳米功能材料研究新进展

一维纳米功能材料在介观物理及纳米器件制作方面具有独特的应用潜力.从一维纳米功能材料的概念出发,对一维纳米金属及非金属功能材料的结构、性质及最新制备方法作了详细的介绍;并结合一维纳米功能材料研究中存在的问题,对该领域未来的发展方向进行了展望.     

ZnO纳米棒/聚合物混合型太阳电池

在介绍有机太阳电池工作原理及研究进展的基础上,综述了ZnO纳米棒/聚合物混合型太阳电池的制备方法,详细讨论了ZnO电极处理、溶剂的选择、退火、有机功能材料的选择等因素对器件性能的优化机制,并就提高器件性能的途径提出作者的见解.     

柔性透明纳米发电机的电极材料研究现状

柔性透明纳米发电机可收获生活中的多种能量,如机械能、热能等,并且具有良好的透光性和柔性,可以适应生活中遇到的复杂环境,在低功耗便携式设备,自供能电子系统和植入式传感器等领域有巨大的应用前景。系统的综述国内外关于柔性透明纳米发电机的研究现状,阐述纳米发电机的分类及工作原理,重点讨论分析了氧化铟锡(ITO)、碳纳米管、石墨烯等3种不同电极材料的柔性透明纳米发电机的输出特性以及存在的问题,并且针对这些问题,预测了未来柔性透明纳米发电机的发展应致力于在改善现有透明电极材料的性能的同时,优化器件结构设计,实现柔性透明纳米发电机的发电性能的提升,并且继续改进制备工艺,实现纳米发电机的集成化,以便柔性透明纳米发电机投入实际应用。     

压电聚偏氟乙烯纳米纤维的应用进展

压电聚合物因柔性、加工容易和成本低等优点备受人们的关注,尤其是在生物医学、能源和电子信息等领域的数据储存器、纳米发电机、传感器和驱动器等器件的开发方面有十分广泛的应用。文中对聚偏氟乙烯的结晶结构、晶型调控以及应用方面进行综述,重点介绍聚偏氟乙烯压电聚合物纳米纤维材料的结构调控及在纳米器件等应用方面的最新研究进展。     

脉动热管实验与理论研究进展

脉动热管(PHP/OHP)是一种新型的高效传热元件,在航天领域、电子器件冷却以及节能技术方面极具应用潜力。这里首先介绍了脉动热管的特点和工作原理,然后分别从实验研究、理论研究和实际应用等方面介绍了目前该领域的研究现状。实验研究方面着重介绍了流动可视化应用以及纳米流体和功能流体通过强化换热提高脉动热管性能等相关研究热点。同时指出,目前脉动热管的理论分析受限于两相流理论的发展,主要研究重点在于非线性分析;数值模拟方面,特别是同纳米流体以及功能流体应用相结合将会成为下一个研究热点。     

氧化钨量子点材料研究获进展

正诸如锂离子电池、超级电容器、燃料电池等新兴能量转化与存储器件,在解决传统能源短缺、可再生能源能量来源不稳定等问题上已展示出巨大潜力,并受到学术界和工业界的广泛关注。中科院苏州纳米所赵志刚研究员课题组和苏州大学耿凤霞教授课题组针对这一问题进行了细致而深入的研究,在氧化钨量子点制备及其电化学应用方面的研究取得突破进展。他们采用钨基金属有机配合物作为前驱体,单一脂肪胺为反应物/溶剂,获得尺寸均一,平均粒径仅1.6纳米,可单分散于有机溶剂的WO3-x纳米     

可穿戴摩擦纳米发电机的研究进展

近年来,随着一系列柔性可穿戴器件概念的提出及产品的应用,如何为器件提供更加安全、方便、持续的能源成为一个亟需解决的问题。自2012年摩擦纳米发电机(Triboelectric Nanogenerator,TENG)被首次报导以来,由于其具有质量轻、安全性高、清洁环保及可持续性等一系列优点,正在成为人们关注的焦点。TENG能够利用摩擦起电及静电感应原理将机械能转化为电能,利用这一特点,人们可以将行走、打字甚至呼吸、眨眼、心跳等机械能转化为电能,继而为可穿戴器件持续稳定地供电。但是,TENG也存在着能量转化效率较低、输出功率不够高、脉冲式的电信号不够稳定等不足,这也成为TENG在实际应用中亟待解决的重大难题。从材料种类、结构形貌以及混合器件3方面,综述了近几年为提高TENG输出功率、稳定性等而进行的研究进展,详细分析了不同因素对器件性能的影响。     

基于无机填料复合薄膜的摩擦纳米发电机研究进展

摩擦纳米发电机(Triboelectric Nanogenerator,TENG)是一种将微小机械能转化为电能并加以收集利用的绿色能源器件,具有活性材料种类广泛、器件结构简单以及易于集成等特点.较低的输出功率密度是目前阻碍其实际应用的主要因素之一.如何通过材料组分设计与制备提高其输出功率密度及能量转化效率,是目前该领域...     

高响应度、高选择性的单根Ag-SnO_2纳米带对丙酮的气敏特性研究

SnO_2基纳米带在气敏探测方面具有独特的优势而引起极大的研究兴趣。采用热蒸发法制备单晶SnO_2纳米带和Ag掺杂的SnO_2(Ag-SnO_2)纳米带,并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDX)、X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、选区电子衍射(SAED)、X射线光电子谱(XPS)等对其成分、微结构等进行表征。同时研究了单根Ag掺杂SnO_2纳米带器件的气敏特性。结果表明,单根Ag-SnO_2纳米带对丙酮最佳工作温度为220℃,低于SnO_2纳米带器件的230℃。在最佳工作温度下单根Ag-SnO_2纳米带对1.00×10~(-4)的丙酮响应度达到7.6,是纯净器件2.3倍,其响应/恢复时间为6/7s,Ag-SnO_2纳米带器件对丙酮的理论探测极限为42.95×10-9。气敏特性的提升是由于Ag离子掺杂促进纳米带表面吸附氧离子与丙酮气体反应,导致器件对丙酮的响应和选择性提高。     

一维ZnO纳米结构的场发射研究进展

一维纳米结构材料因其优异的电、光及场发射特性，在光电器件、场发射器件等方面具有重要的应用价值而备受关注。ZnO因具有优异的化学及热稳定性，并且其一维纳米结构具有极大的场增强因子，因而在场发射器件阴极中有良好的应用前景。首先简要介绍了ZnO的结构与性质，并重点介绍了ZnO一维纳米材料的常用制备技术及其在场发射领域的研究进展。