纳米复合材料在新能源领域应用前景广阔

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。然而,这些目标的实现都离不开科学

纳米复合材料在新能源领域应用前景广阔

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。然而,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的特性,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,纳米材料在能源领域拥有广阔潜力。

研究人员已经很好地掌握了新纳米材料工程的工作机理。麻省理工的迈克尔·蒂米科维茨博士成功地研发出复合材料纳米化的设计模型。通过该模型,人们有望获得纳米复合材料具有其组成物质所没有的、全新的材料特性。

蒂米科维茨博士正在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室同一个研究小组进行相关实验。为了加速美国在能源科技领域的研究,美国政府资助了一项历时5年、耗资7.77亿美元的项目。项目由美国多个科研小组共同完成,洛斯阿拉莫斯国家实验室就是其中的一个小组。材料学博士蒂米科维茨正在寻找抗辐射能力强的物质。这种物质可以代替不锈钢给核反应堆做内壁来延长核反应堆的使用寿命,并将使核燃料得到更高效的利用来提高反应堆的效率。

核反应堆的内壁之所以会劣化,是因为当用做内壁的金属暴露于射线时,金属就会变脆变弱。这个弱点是因为金属的晶体结构,而这种结构又是由高能粒子造成的,如中子撞击到单个原子,并把原子撞离原来位置。这些原子和其他原子发生碰撞,造成的损害蔓延开来。其结果就造成孔洞、裂缝等。

蒂米科维茨博士认为,确保纳米复合材料具有抗辐射能力的关键在于组成复合材料的不同物质层与层之间的界面。当不同的物质层越来越薄时,不同物质间的界面就决定了复合材料的特性。不同物质的界面使得复合材料表现出了原组成物质所不具备的新奇特性。理想的纳米复合材料不仅能抗辐射损伤,它自己也不会通过吸收中子成为放射性物质。蒂米科维茨博士利用他的模型技术来选择可能的材料。铁基的裂变反应堆和将被应用到核聚变上的钨基的核反应堆都是他考虑的材料。这些材料被批准使用在核反应堆上还要假以时日,但是纳米复合材料设计模型本身就是技术上的重大突破了,纳米复合材料模型使核电站更安全。

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