第1章能源及納米科學001 1.1能源001 1.1.1能源分類001 1.1.2能源基礎006 1.1.3能量儲存技術009 1.2納米科技012 1.2.1納米科技概述012 1.2.2納米科技發展與展望016 習題019 第2章電介質儲能材料與器件020 2.1電介質物理基礎020 2.1.1原子結構020 2.1.2化學鍵020 2.1.3能帶理論021 2.2電介質極化024 2.2.1電介質分類024 2.2.2電介質極化原理025 2.2.3電介質電容特性033 2.2.4極化率034 2.2.5有效電場及介電常數034 2.3電介質損耗036 2.4電介質的電導040 2.4.1電導機理041 2.4.2氣體電介質電導041 2.4.3液體電介質電導042 2.4.4固體電介質電導042 2.5電介質的擊穿046 2.5.1概述046 2.5.2擊穿過程050 2.5.3擊穿分類056 2.6電介質儲能材料056 2.6.1概述056 2.6.2陶瓷電介質材料058 2.6.3全有機電介質材料059 2.6.4導電顆粒/聚合物復合電介質材料062 2.6.5陶瓷顆粒/聚合物復合電介質材料063 2.6.6不同維度顆粒/聚合物復合電介質材料066 2.6.7核殼填料/聚合物復合電介質材料067 2.6.8多層結構復合電介質材料071 2.7電介質儲能器件073 2.7.1概述073 2.7.2電容器及工作原理075 2.7.3器件與設備運行076 2.7.4電介質儲能器件展望077 習題079 第3章電化學儲能材料與器件080 3.1儲能電池概述080 3.1.1原電池081 3.1.2電解池083 3.2鋰離子電池083 3.3二氧化鈦晶體結構表征概述094 3.3.1銳鈦礦相二氧化鈦095 3.3.2金紅石相二氧化鈦095 3.3.3板鈦礦相二氧化鈦096 3.3.4青銅礦相二氧化鈦096 3.4離子擴散動力學性能分析096 3.4.1恒流間歇滴定法096 3.4.2恒壓間歇滴定法097 3.4.3循環伏安法098 3.4.4電化學阻抗譜法098 3.5電化學超級電容器098 3.5.1超級電容器概述098 3.5.2超級電容器的特點099 3.5.3超級電容器的結構100 3.5.4超級電容器工作原理100 3.5.5超級電容器的發展與應用102 3.6固態電池103 3.6.1概述103 3.6.2固態電池的結構104 3.6.3固態電池工作原理104 3.6.4固態電池電解質105 3.6.5固態電池正極材料106 3.6.6固態電池負極材料106 習題106 第4章太陽能儲能材料與器件108 4.1太陽能儲能基礎108 4.1.1概述108 4.1.2光電轉換原理113 4.1.3太陽能電池的結構119 4.1.4太陽能電池組件的封裝129 4.1.5太陽能電池的主要技術參數132 4.1.6影響電池效率的一些因素134 4.2太陽能電池材料135 4.2.1硅太陽能電池135 4.2.2化合物半導體太陽能電池141 4.2.3染料敏化太陽能電池144 4.2.4有機薄膜太陽能電池144 4.2.5鈣鈦礦太陽能電池145 4.3太陽能能量轉換技術及應用150 4.3.1太陽能光伏發電技術150 4.3.2太陽能光熱發電技術159 4.3.3光伏系統及應用161 4.3.4太陽能熱電站的發展162 4.3.5太陽能發電站的發展163 習題163 第5章氫能儲能材料與器件164 5.1氫能源制備164 5.1.1化石燃料制氫164 5.1.2生物及生物質制氫165 5.1.3太陽能光解水制氫169 5.1.4電解水制氫171 5.2氫能源儲存技術174 5.2.1氣態儲氫174 5.2.2液態儲氫175 5.2.3固態儲氫材料176 5.3儲氫材料與制備方法177 5.3.1碳基多孔材料177 5.3.2金屬有機物多孔材料179 5.3.3金屬氫化物儲氫材料181 5.3.4配位氫化物儲氫材料183 5.4氫能的應用183 5.4.1燃料電池183 5.4.2氫冶金191 習題192 第6章其他能源轉換與存儲技術194 6.1生物質能轉換技術194 6.1.1概述194 6.1.2生物質能分類196 6.1.3生物質能的轉換技術197 6.1.4生物質能的應用201 6.2風能轉換與存儲技術201 6.2.1概述201 6.2.2風能利用技術202 6.2.3風力發電系統205 6.2.4風能的應用與發展208 6.3海洋能轉換與存儲技術212 6.3.1概述212 6.3.2潮汐能發電技術214 6.3.3波浪能發電技術215 6.3.4溫差能發電技術217 6.3.5鹽差能發電技術218 6.4核能轉換與存儲技術220 6.4.1概述220 6.4.2核能發電技術226 6.4.3核能的應用及發展233 6.5地熱能轉換與存儲技術238 6.5.1概述238 6.5.2地熱發電技術240 6.5.3地熱能的應用247 習題248 第7章納米材料與納米技術250 7.1納米材料250 7.1.1納米材料定義250 7.1.2納米材料分類251 7.1.3納米結構253 7.2納米材料基本理論254 7.2.1電子能級不連續性和表面效應254 7.2.2量子尺寸效應和小尺寸效應256 7.2.3宏觀量子隧道效應257 7.2.4庫侖堵塞與量子隧穿258 7.2.5介電限域效應258 7.3納米材料理化特性259 7.3.1特殊的力學、熱學、磁學、光學性質259 7.3.2表面活性與敏感特性264 7.3.3光催化性能264 7.4納米技術265 7.4.1國內外納米技術的發展265 7.4.2納米技術的應用269 習題271 第8章納米材料的制備與表征技術273 8.1納米材料的制備273 8.1.1納米材料制備簡介273 8.1.2納米粉末的制備274 8.1.3納米薄膜的制備294 8.1.4納米塊體材料的制備及性能297 8.1.5納米結構構筑297 8.2納米材料表征技術300 8.2.1納米檢測技術300 8.2.2納米表征方法308 習題317 第9章納米材料的應用與納米器件319 9.1納米材料的應用319 9.1.1幾種碳納米材料319 9.1.2幾種常見的光觸媒329 9.1.3納米材料的應用實例330 9.2納米器件333 9.2.1固態納米電子器件333 9.2.2分子電子器件345 9.2.3納米光電器件352 9.2.4納米磁性器件359 9.2.5關于納米器件方面的職業生涯規劃364 習題368 第10章實驗設計370 10.1實驗一鋰離子電池納米電極材料制備、材料表征及制作370 10.2實驗二薄膜電容器聚合物電介質材料的制備及表征372 10.3實驗三PVDF淬火介質材料測試訓練374 10.4實驗四新型儲能器件設計訓練375 附錄各儲能技術示意圖377 參考文獻381