物理学专业就业前景和就业方向

1.所谓的可再生能源就是取之不尽的，是自然形成的，会以一定时间再自动再生的。所以，太阳能属于可再生能源。2.风能是可再生，但是转化为电能就不是可再生，因为不是自然形成的。3.简单说，煤本身对环境没污染，只是在燃烧的时候生成的气体污染大气层，而且以物品来说，煤不属于污染品

物理学绿色能源技术包括水能、生物能、太阳能、风能、地热能和海洋能、天然气、清洁煤和核能等技术

绿色能源也称清洁能源，是环境保护和良好生态系统的象征和代名词。它可分为狭义和广义两种概念。狭义的绿色能源是指可再生能源，如水能、生物能、太阳能、风能、地热能和海洋能。这些能源消耗之后可以恢复补充，很少产生污染。广义的绿色能源则包括在能源的生产、及其消费过程中，选用对生态环境低污染或无污染的能源，如天然气、清洁煤和核能等。

在现代社会进步的历程中，基础性很强的物理学和应用性很强的工程技术扮演着不同的角色，但它们之间却存在着紧密的联系和相互作用。物理学对许多工程技术领域的开创起着先导、引领的作用，工程技术不仅直接创造生产力，反过来也开拓、深化了物理学研究的疆域。能源工程技术与物理学的关系就具有这方面典型的代表性。中国的可持续发展有赖于能源的可持续发展。我国能源可持续发展的战略思路已逐渐明朗，它包含以下4个要素，而在这4个方面，物理学与工程技术的结合都可以做出重要的贡献。首先，要大力节能，以控制能源的总量。这是我国能源可持续发展的必然战略选择。除经济结构节能和管理节能外，技术节能的潜力也很大。比如建筑节能：建筑耗能是我国能源消耗的大户，约占总量的30％，现有建筑的绝大多数是高耗能建筑。许多物理方法有助于建筑节能，通过改进建筑材料和结构设计，利用太阳能发电、供暖(冷)，就是很有实效的节能办法。再如交通节能：汽车在中国的能源消耗中占有相当的比例，且呈不断增长势头，必须限制汽车总量，同时用先进的清洁、低耗能汽车取代高耗能的大排气量汽车。为此，需要研究不同燃料的燃烧学，发展减排降污技术、燃料电池技术，开展氢能利用、摩擦学与磨损学等与物理学息息相关的有关研究。三如照明节能：全球电力约22％消耗在照明上，故照明节能是节能的一个重要方面。以化合物半导体材料为发光元件的半导体固态发光二极管(LED)是一种新型照明光源，正引发人类照明史上的一次革命。这其中需要研究解决的物理和技术问题主要有：提高半导体芯片的发光效率，提高单管最大可发光通量，延长发光二极管的使用寿命等。第二，要大力发展洁净新能源，以改善能源结构。可再生能源如水电、风能、太阳能和生物质能是具有广阔发展前景的洁净新能源。爱因斯坦提出的光电效应的概念，是光伏发电的理论基础。中国的太阳能资源非常丰富，有必要且有可能大力发展，但需要在科学技术上取得重大突破，大幅度提高光热和光电转换效率，降低成本。薄片太阳能电池可能是一个出路，其中使用对光吸收性能更好的半导体材料，进一步提高光电效率的多种途径也在探索中。中国的风电资源丰富，是最有希望实现产业化的新型可再生能源。降低风能成本推进国产化，需要解决一系列物理上的和技术上的问题。中国生物质能资源量极大，利用生物质可生产气态、液态和固态的能源，如沼气、生物乙醇和生物柴油、固化成型燃料等。在生物质能的产业链条中，也有一系列物理问题需要解决，如生物质燃烧过程中锅炉受热面的腐蚀性机理和防治措施的研究，垃圾燃烧发电过程中对不可燃物的处理及有害物的处理等。洁净能源的另一个重要发展方向是核能。原子核物理的发现，奠定了裂变核能和聚变核能的基础，目前已做出实际贡献的核能是基于核裂变反应堆的核电站。基于核聚变反应堆的聚变电站是解决人类未来能源问题的一个希望，它既要实现热核燃料的“点火”并有净能量输出，还必须控制热核能聚变反应的速率，其中高温等离子体物理的研究具有重要意义。这是一项有难度的大科学工程，目前还处于前期实验研究阶段。第三，推进煤的洁净化技术，以减少污染。煤是我国能源中的大户，今后相当长的时期内仍将如此，但目前燃煤给环境带来的污染已到了使人不能容忍的地步。因此，必须提高燃煤的效率，发展煤的洁净化技术，加强超临界发电技术，控制污染物的排放。多联产技术是利用物理化学方法达到煤的高效、洁净利用的途径。它以煤气化为中心，可以将95％以上的煤转换成一种称之为合成气的可燃气体。将合成气用于联合循环发电，可以获得比常规燃煤发电高的能源利用效率。多联产、洁净化技术是实现煤基洁净能源的有竞争力的途径。第四，加强能源资源勘探，以开发潜在能源。地球物理勘探是寻找各种有用矿藏的。例如，石油、煤炭、天然气水合物、铁矿、重金属矿、铀矿等。精密的“三维地震勘探技术”就像“CT”一样对地下各断面做成解剖，因而成为寻找石油的有力武器。原子分子物理学方法对于探测开发能源资源(如利用痕量样品通过高灵敏度的原子分子光谱分析探测海底石油等)也将发挥重要作用。还有一些物理学的新成果将为未来的能源发展做出有分量的贡献。如低温物理的一个光辉篇章是超导体的研究，20世纪以来，从低温超导到高温超导都取得了迅速发展，并开始得到多方面的应用。在能源领域，超导将在电能输运、储能等方面产生显著的效益。总之，中国能源可持续发展是有路可走的，但走好这条路并不容易，需要付出巨大的创造性的努力。物理学基础研究与应用的深入发展，可为能源可持续发展做出多方面的贡献，也只有为可持续发展做出贡献的物理学才更能显现出它的价值和光辉。在这个历史发展过程中，应该在全民族大力提倡科学的发展观和节约型社会的消费观、文明观。实际上，建设节约型社会是一场深刻的思想观念和社会风气的革命，树立崇尚质朴、适度的物质生活消费观和丰富的精神追求的人生观、价值观，不仅对能源的可持续发展具有实际意义，而且对建设和谐社会、实现中华民族的伟大复兴同样具有重要意义。

自从原始人懂得使用火以后，能源就成了人类文明的重要物质基础。到了近代，能源技术出现了3次重大突破，即蒸汽机、电力和原子能的发明及应用。这三次突破，成为推动社会生产力飞跃发展的巨大动力。

在近代，世界能源结构有过2次大的转变：第一次是从18世纪开始从薪柴转向煤；第二次是从20世纪20年代开始，从煤转向石油和天然气。现在，世纪能源正在经历着第三次大转变，就是从石油和天然气逐步转向新能源。

煤、石油、天然气都是不能再生的矿物燃料，用去一点就会少一点，总有一天会被全部用完。另一方面，新技术革命的兴起带来了许多新的生产体系，相应地对能源系统也提出了清晰的要求，其中特别是要求尽可能地采用可以再生的、分散的、多样化的能源。因此专家们认为，新能源是世界新的产业革命的动力，是未来世界能源系统的基础。换句话说，新能源必将成为未来世界能源舞台上的主角。

据专家们预测，大约再过半个世纪，也就是到21世纪中叶前后，核能、太阳能将成为世界能源系统的支柱。

今天的人类已步入信息时代。今天的能源，已经今非昔比，已经不是指某一两种单一的物质，而是汇合煤、石油、天然气、水力、核能、太阳能、地热能、风能、海洋能以及沼气能、氢能、电能等等的总称。

1992年9月在西班牙首都马德里召开的第15届世界能源大会上，提出了“能源与生命”的响亮口号。世界各国的有识之士都在大声疾呼，呼吁各国政府尽可能限制化石能源消耗量的增长，并大力发展可再生能源。据欧盟国家统计，在这些国家中若能以可再生能源取代目前所用化石燃料发电量的1％，那么每年将可减少1500万吨二氧化碳的排放量，仅这一项所带来的环境效益就是十分惊人的。

能源问题对社会经济发展起着决定性的作用。20世纪50~70年代，由于中东廉价石油的大量供应，导致整个资本主义世界经济的飞速发展。而1973年中东战争爆发以后，由于中东各国限制石油产量，提高石油价格，带来了资本主义世界长时间的经济危机。争夺能源，成了持续8年之久的两伊冲突及1991年春天震惊世界的海湾战争等一系列国际争端的导火索。

根据国际能源专家的预测，地球上蕴藏的煤炭将在今后200年内开采完毕，石油将在今后三四十年内告罄，天然气也只能再维持五六十年。可见，能源问题必将成为长期困扰人类生存和社会发展的一个主要问题。

国际经济界提供的分析统计数据表明，由于能源短缺而造成的国民经济损失，相当于能源本身价值的20~60倍。1956年，美国由于短缺1.16亿吨标准煤，使得其国民生产总值减少了930亿美元；日本由于短缺0.6亿吨标准煤，导致其国民生产总值减少了485亿美元。1988年，我国由于缺电而导致国民生产总值减少了2000亿元人民币，这个数目相当于这一年我国国民生产总值的1／60，无怪乎人们把能源比作社会经济发展的“火车头”。

专家们预计，在今后二三十年内，将是新能源(包括核能和可再生能源)技术大发展的时期。根据世界能源会议的有关资料，目前世界新能源的开发总量大约是1.5亿吨油产量，预计到2020年将达到15亿吨油产量。

专家们还预计，在今后30年中，拉丁美洲和中国及太平洋地区可再生能源的发展比重最大，约占世界总量的45％；其次为北美和中南亚地区，约占世界总量的25％。而从新能源技术的发展来看，北美、拉美和中国及太平洋地区的发展潜力最大，约占世界新能源发展总量的65％以上。

我国作为一个人口众多的发展中国家，尽管拥有相当数量的煤和石油资源，也拥有一些天然气资源，但是按人均值来计算，我国在世界上仍属于贫能国。在当前经济迅猛发展、能耗直线上升而环境问题日趋严峻的形势下，我国更是特別需要有一个长远的能源发展战略，要在厉行节能的前提下，采取多能互补的政策，特别要下大力气开发利用新能源和可再生能源。

从长远来看，人类要在这个星球上长期生存和繁衍下去，就非大力发展可再生能源不可。因为化石能源不可能永远利用下去，只有可再生能源才是取之不尽、用之不竭的。近代物理学和天文学已经充分证明，以天体物理运动所发出的能量为基础的可再生能源，实际上是无限的，它能与日月同辉，和宇宙共存。

知识点

自然资源分类

科学家将人类所利用的自然资源分为两类：一是不可再生资源，二是可再生资源。不可再生资源是指被人类开发利用一次后，在相当长的时间，如千百万年之内都不可自然形成或产生的物质资源。这类资源包括自然界的各种金属矿物、非金属矿物、岩石、石油和天然气等。

可再生资源是指被人类开发利用一次后，在一定时间，如一年内或数十年内就通过天然或人工活动可以循环地自然生成、生长、繁衍，有的还可不断增加储量的物质资源。这类资源包括地表水、土壤、植物、动物、水生生物、微生物、森林、草原、空气、阳光、气候资源和海洋资源等。

什么是经济清洁的核能？

1954年，前苏联建成世界上第一座核电站。多年来，特别是最近一二十年来，核能技术发展很快。现在全世界有几十个国家在发展核能发电，已经建成和正在兴建的核电站总计达500多座，目前核能发电已达世界电力需求的20％左右。核能具有如下几方面特点。

1.它的能量巨大，而且非常集中。根据计算，1克铀235原子核裂变时所发出的能量相当于2.5吨标准煤完全燃烧时所释放的热能，或相当于1吨石油完全燃烧时所释放的热能。

2.运输方便，适应性强。有人把核电站与火电站做了个形象的比较：一座20万千瓦的火电站，一天要烧掉3000吨煤，这些燃料需要用100个火车皮来运送；而一座发电能力与此相当的核电站，一天只需要消耗1千克铀，而1千克铀的体积大约只有3个火柴盒摞起来那么大。

3.核资源储量丰富，可以说取之不尽、用之不竭。尽管现已探明的陆地上的铀资源很有限，但海水中的铀资源极为丰富，每1000吨海水中大约含铀3克，世界各大洋中铀的总含量可达40多亿吨。不过，从海水中提取铀在技术上还有一些难题需要进一步研究解决。

4.核电成本低，一般比火力发电低20％~50％。

目前世界各国的核电站大多数采用“热中子反应堆”(简称“热堆”)。在这种反应堆中有用的核燃料是铀235，而铀235只占天然铀总量的0.7％，其余都是核废料铀238。为使目前的核废料变成发电的有用之物，必须加紧发展“快中子反应堆”(简称“快堆”)技术。

其实核电是一种安全、经济、清洁的能源。从经济上说，核电站的一次性投资确实要比火电站大一些。以我国秦山核电站为例，每千瓦单位造价大约需要4000元，而火电站一般在1900元左右。然而，衡量电站的经济性，不仅要看最初的基建投资，还要计算电站运行以后消耗的燃料、设备折旧、维护管理等费用。以装机容量吉(109)瓦的火电站与核电站作对比，仅每年耗费的燃料一项，火电站需要300万~350万吨原煤，而核电仅需30吨核燃料。请想一想，300万吨煤需要多少列火车、多少艘轮船来运输，又需要多大一个燃料堆放场地!国际上对核电的成本与煤电成本作过比较，在法国，煤电成本是核电成本的1.75倍，德国为1.64倍，意大利为1.57倍，日本为1.51倍，韩国达到1.7倍。美国早在1962年就使核电成本低于煤电成本。这是核电在一些国家得到较快发展的原因之一。

一些读者也许还在为核电站排放的废气、废物、废水而担心。有位专家这样说，核电站的运行，既不释放火电站所必然产生的氧化氮、二氧化硫，也不产生二氧化碳。这些排放物正是造成酸雨、黑雨及温室效应的主要因素。因此说，核电是比较清洁的能源。研究、设计者考虑了核电站的三废处理问题。从核电站卸出的核燃料，即燃烧过的乏燃料，在密封条件下作专门处理。废水、废气同样经过安全处理。至于核电站对周围环境的辐射问题，有这样一些数据可以说明：人们在核电站周围住上一年，所受到的辐射量，还不到一次X光透视的几十到几百分之一。以核电站最多的美国为例，它的核电站使每个美国人增加的辐照量，比自然界原本存在的放射性照射量的0.1％还小。这大概可以说明核电的“清洁”了吧。知识点

核辐射及其危害

核辐射，又称放射性，是原子核从一种结构或一种能量状态转变为另一种结构或另一种能量状态过程中所释放出来的微观粒子流。核辐射分为天然辐射和人工辐射。天然辐射存在于所有的物质之中，这是亿万年来存在的客观事实，是正常现象。人工辐射源包括放射性诊断和放射性治疗辐射源，如X光，核磁共振等、放射性药物、放射性废物、核武器爆炸的落下灰尘以及核反应堆和加速器产生的照射等。

人们在长期的实践和应用中发现，少量的辐射照射不会危及人类的健康，过量的放射性射线照射对人体会产生伤害，使人致病、致死。辐射的剂量越大，危害越大。

环保类专业，大学有环境工程、环境科学与工程、环境监察、水质科学与技术等专业，懂生物肯定对学这些有帮助，但这方面专业对化学要求还是比较高的，其主要课程会涉及普通化学、分析化学、物理化学等科目。

节能类专业，相关的有再生能源科学与技术、新材料、能源工程、光伏、建筑太阳能一体化、光源与照明等，多数专业对物理学要求比较高，但一些也会涉及化学。光源与照明，可考虑天津工业大学；建筑太阳能，可考虑山东建筑大学；再生能源，可考虑昆明理工大学等。

答：在新技术基础上，系统地开发利用的可再生能源。如核能、太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、氢能等。新能源新材料是在环保理念推出之后引发的对不可再生资源节约利用的一种新的科技理念，新能源新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。新材料技术则是按照人的意志，通过物理研究、 材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程，创造出能满足各种需要的新型材料的技术。

编辑本段新能源新材料发展方向

一、超导材料

有些材料当温度下降至某一临界温度时，其电阻完全消失，这种现象称为超导电性，具有这种现象的材料称为超导材料。超导体的另外一个特征是：当电阻消失时，磁感应线将不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。

一般金属（例如：铜）的电阻率随温度的下降而逐渐减小，当温度接近于0K时，其电阻达到某一值。而1919年荷兰科学家昂内斯用液氦冷却水银，当温度下降到4.2K（即-269℃）时，发现水银的电阻完全消失，超导电性和抗磁性是超导体的两个重要特性。使超导体电阻为零的温度称为临界温度（TC）。超导材料研究的难题是突破“温度障碍”，即寻找高温超导材料。

以NbTi、Nb3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像（NMRI）、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用；SQUID作为超导体弱电应用的典范已在微弱电磁信号测量方面起到了重要作用，其灵敏度是其它任何非超导的装置无法达到的。但是，由于常规低温超导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氦(4.2K)系统中使用，因而严重地限制了低温超导应用的发展。

高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用温度从液氦（ 4.2K）提高到液氮（77K）温区。同液氦相比，液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。另外，高温超导体都具有相当高的磁性能，能够用来产生20T以上的强磁场。 超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。利用超导材料制作超导发电机的线圈磁体制成的超导发电机，可以将发电机的磁场强度提高到5~6万高斯，而且几乎没有能量损失，与常规发电机相比，超导发电机的单机容量提高5~10倍，发电效率提高50%；超导输电线和超导变压器可以把电力几乎无损耗地输送给用户，据统计，目前的铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线上，在中国每年的电力损失达1000多亿度，若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂；超导磁悬浮列车的工作原理是利用超导材料的抗磁性，将超导材料置于永久磁体（或磁场）的上方，由于超导的抗磁性，磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体（或磁场）和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车，如已运行的日本新干线列车，上海浦东国际机场的高速列车等；用于超导计算机，高速计算机要求在集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集排列的电路在工作时会产生大量的热量，若利用电阻接近于零的超导材料制作连接线或超微发热的超导器件，则不存在散热问题，可使计算机的速度大大提高。

　二、能源材料

能源材料主要有太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物电池材料等。

太阳能电池材料是新能源材料，IBM公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达40%。 氢是无污染、高效的理想能源，氢的利用关键是氢的储存与运输，美国能源部在全部氢能研究经费中，大约有50%用于储氢技术。氢对一般材料会产生腐蚀，造成氢脆及其渗漏，在运输中也易爆炸，储氢材料的储氢方式是能与氢结合形成氢化物，当需要时加热放氢，放完后又可以继续充氢的材料。目前的储氢材料多为金属化合物。如LaNi5H、Ti1.2Mn1.6H3等。

固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜和电池阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等。

三、智能材料

智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一。国外在智能材料的研发方面取得很多技术突破，如英国宇航公司的导线传感器，用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应形状记忆合金，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，以它作制动器时、反应时间仅为10分钟；形状记忆合金还已成功在应用于卫星天线等、医学等领域。

另外，还有压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件材料等功能材料。

四、磁性材料

磁性材料可分为软磁材料和硬磁材料二类。

1．软磁材料

是指那些易于磁化并可反复磁化的材料，但当磁场去除后，磁性即随之消失。这类材料的特性标志是：磁导率（μ=B/H）高，即在磁场中很容易被磁化，并很快达到高的磁化强度；但当磁场消失时，其剩磁很小。这种材料在电子技术中广泛应用于高频技术。如磁芯、磁头、存储器磁芯；在强电技术中可用于制作变压器、开关继电器等。目前常用的软磁体有铁硅合金、铁镍合金、非晶金属。

Fe-(3%~4%)Si的铁硅合金是最常用的软磁材料，常用作低频变压器、电动机及发电机的铁芯；铁镍合金的性能比铁硅合金好，典型代表材料为坡莫合金（Permalloy），其成分为79%Ni-21%Fe，坡莫合金具有高的磁导率（磁导率μ为铁硅合金的10~20倍）、低的损耗；并且在弱磁场中具有高的磁导率和低的矫顽力，广泛用于电讯工业、电子计算机和控制系统方面，是重要的电子材料；非晶金属（金属玻璃）与一般金属的不同点是其结构为非晶体。它们是由Fe、Co、Ni及半金属元素B、Si 所组成，其生产工艺要点是采用极快的速度使金属液冷却，使固态金属获得原子无规则排列的非晶体结构。非晶金属具有非常优良的磁性能，它们已用于低能耗的变压器、磁性传感器、记录磁头等。另外，有的非晶金属具有优良的耐蚀性，有的非晶金属具有强度高、韧性好的特点。

2．永磁材料（硬磁材料）

永磁材料经磁化后，去除外磁场仍保留磁性，其性能特点是具有高的剩磁、高的矫顽力。利用此特性可制造永久磁铁，可把它作为磁源。如常见的指南针、仪表、微电机、电动机、录音机、电话及医疗等方面。永磁材料包括铁氧体和金属永磁材料两类。

铁氧体的用量大、应用广泛、价格低，但磁性能一般，用于一般要求的永磁体。

金属永磁材料中，最早使用的是高碳钢，但磁性能较差。高性能永磁材料的品种有铝镍钴（Al-Ni-Co）和铁铬钴（Fe-Cr-Co）；稀土永磁，如较早的稀土钴（Re-Co）合金（主要品种有利用粉末冶金技术制成的SmCo5和Sm2Co17），以及现在广泛采用的铌铁硼（Nb-Fe-B）稀土永磁，铌铁硼磁体不仅性能优，而且不含稀缺元素钴，所以很快成为目前高性能永磁材料的代表，已用于高性能扬声器、电子水表、核磁共振仪、微电机、汽车启动电机等。

五、纳米材料

纳米本是一个尺度，纳米科学技术是一个融科学前沿的高技术于一体的完整体系，它的基本涵义是在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创新物质。纳米科技主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学七个方面。

纳米材料是纳米科技领域中最富活力、研究内涵十分丰富的科学分支。用纳米来命名材料是20世纪80年代，纳米材料是指由纳米颗粒构成的固体材料，其中纳米颗粒的尺寸最多不超过100纳米。纳米材料的制备与合成技术是当前主要的研究方向，虽然在样品的合成上取得了一些进展，但至今仍不能制备出大量的块状样品，因此研究纳米材料的制备对其应用起着至关重要的作用。

1．纳米材料的性能

物化性能 纳米颗粒的熔点和晶化温度比常规粉末低得多，这是由于纳米颗粒的表面能高、活性大，熔化时消耗的能量少，如一般铅的熔点为600K，而20nm的铅微粒熔点低于288K；纳米金属微粒在低温下呈现电绝缘性；钠米微粒具有极强的吸光性，因此各种纳米微粒粉末几乎都呈黑色；纳米材料具有奇异的磁性，主要表现在不同粒径的纳米微粒具有不同的磁性能，当微粒的尺寸高于某一临界尺寸时，呈现出高的矫顽力，而低于某一尺寸时，矫顽力很小，例如，粒径为85nm的镍粒，矫顽力很高，而粒径小于15nm的镍微粒矫顽力接近于零；纳米颗粒具有大的比表面积，其表面化学活性远大于正常粉末，因此原来化学惰性的金属铂制成纳米微粒（铂黑）后却变为活性极好的催化剂。

扩散及烧结性能 纳米结构材料的扩散率是普通状态下晶格扩散率的1014~1020倍，是晶界扩散率的102~104倍，因此纳米结构材料可以在较低的温度下进行有效的掺杂，可以在较低的温度下使不混溶金属形成新的合金相。扩散能力提高的另一个结果是可以使纳米结构材料的烧结温度大大降低，因此在较低温度下烧结就能达到致密化的目的。

力学性能 纳米材料与普通材料相比，力学性能有显著的变化，一些材料的强度和硬度成倍地提高；纳米材料还表现出超塑性状态，即断裂前产生很大的伸长量。

2．纳米材料的应用

纳米金属：如纳米铁材料，是由6纳米的铁晶体压制而成的，较之普通铁强度提高12倍，硬度提高2~3个数量级，利用纳米铁材料，可以制造出高强度和高韧性的特殊钢材。对于高熔点难成形的金属，只要将其加工成纳米粉末，即可在较低的温度下将其熔化，制成耐高温的元件，用于研制新一代高速发动机中承受超高温的材料。

纳米陶瓷：首先利用纳米粉末可使陶瓷的烧结温度下降，简化生产工艺，同时，纳米陶瓷具有良好的塑性甚至能够具有超塑性，解决了普通陶瓷韧性不足的弱点，大大拓展了陶瓷的应用领域。

纳米碳管 纳米碳管的直径只有1.4nm，仅为计算机微处理器芯片上最细电路线宽的1%，其质量是同体积钢的1/6，强度却是钢的100倍，纳米碳管将成为未来高能纤维的首选材料，并广泛用于制造超微导线、开关及纳米级电子线路。

纳米催化剂 由于纳米材料的表面积大大增加，而且表面结构也发生很大变化，使表面活性增强，所以可以将纳米材料用作催化剂，如超细的硼粉、高铬酸铵粉可以作为炸药的有效催化剂；超细的铂粉、碳化钨粉是高效的氢化催化剂；超细的银粉可以为乙烯氧化的催化剂；用超细的Fe3O4微粒做催化剂可以在低温下将CO2分解为碳和水；在火箭燃料中添加少量的镍粉便能成倍地提高燃烧的效率。

量子元件 制造量子元件，首先要开发量子箱。量子箱是直径约10纳米的微小构造，当把电子关在这样的箱子里，就会因量子效应使电子有异乎寻常的表现，利用这一现象便可制成量子元件，量子元件主要是通过控制电子波动的相位来进行工作的，从而它能够实现更高的响应速度和更低的电力消耗。另外，量子元件还可以使元件的体积大大缩小，使电路大为简化，因此，量子元件的兴起将导致一场电子技术革命。人们期待着利用量子元件在21世纪制造出16GB（吉字节）的DRAM，这样的存储器芯片足以存放10亿个汉字的信息。

目前我国已经研制出一种用纳米技术制造的乳化剂，以一定比例加入汽油后，可使象桑塔纳一类的轿车降低10%左右的耗油量；纳米材料在室温条件下具有优异的储氢能力，在室温常压下，约2/3的氢能可以从这些纳米材料中得以释放，可以不用昂贵的超低温液氢储存装置。

未来的几种新能源新材料

波能：即海洋波浪能。这是一种取之不尽，用之不竭的无污染可再生能源。据推测，地球上海洋波浪蕴藏的电能高达9×104TW。近年来，在各国的新能源开发计划中，波能的利用已占有一席之地。尽管波能发电成本较高，需要进一步完善，但目前的进展已表明了这种新能源潜在的商业价值。日本的一座海洋波能发电厂已运行8年，电厂的发电成本虽高于其它发电方式，但对于边远岛屿来说，可节省电力传输等投资费用。目前，美、英、印度等国家已建成几十座波能发电站，且均运行良好。

可燃冰：这是一种甲烷与水结合在一起的固体化合物，它的外型与冰相似，故称“可燃冰”。可燃冰在低温高压下呈稳定状态，冰融化所释放的可燃气体相当于原来固体化合物体积的100倍。据测算，可燃冰的蕴藏量比地球上的煤、石油和天然气的总和还多。

煤层气：煤在形成过程中由于温度及压力增加，在产生变质作用的同时也释放出可燃性气体。从泥炭到褐煤，每吨煤产生68m3气；从泥炭到肥煤，每吨煤产生130m3气；从泥炭到无烟煤每吨煤产生400m3气。科学家估计，地球上煤层气可达2000Tm3。

微生物：世界上有不少国家盛产甘蔗、甜菜、木薯等，利用微生物发酵，可制成酒精，酒精具有燃烧完全、效率高、无污染等特点，用其稀释汽油可得到“乙醇汽油”，而且制作酒精的原料丰富，成本低廉。据报道，巴西已改装“乙醇汽油”或酒精为燃料的汽车达几十万辆，减轻了大气污染。此外，利用微生物可制取氢气，以开辟能源的新途径。

第四代核能源：当今，世界科学家已研制出利用正反物质的核聚变，来制造出无任何污染的新型核能源。正反物质的原子在相遇的瞬间，灰飞烟灭，此时，会产生高当量的冲击波以及光辐射能。这种强大的光辐射能可转化为热能，如果能够控制正反物质的核反应强度，来作为人类的新型能源，那将是人类能源史上的一场伟大的能源革命。

能源按期形态、特性或转换和利用的层次进行分类.世界能源委员会推介分类: 固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、核

能、电能、太阳能、生物质能、风能、海洋能和地热能。a.从人类开始能源的历史划分：常规能源和新能源.常规能源包括煤、

石油、天然气，新能源包括流动的空气、水的 ...b.从对环境的影响上分为清洁能源和非清洁能源.前者也可称为“绿色环保”

能源 .... 。还可分为来自太阳的能源、来自地球内部的能源和来自地球以外天体的潮汐能、可再生能源和不可再生能源、一次

能源和二次能源。

¢ 一次能源 : 从自然界取得的未经任何改变或转换的能源,如原油、原煤、天然气、生物质能、水能、核燃料，以及太阳能、

地热能、潮汐能等。

¢ 二次能源 : 一次能源经过加工或转换得到的能源,如煤气、焦碳、汽油、煤油、电力、热水氢能等。

¢ 常规能源 : 在现有经济和技术条件下,已经大规模生产和广泛使用的能源,如煤碳、石油、天然气、水能和核裂变能等.常规

能源相对于新能源而言,新能源旨在新技术技术上系统开发利用的能源,如太能、海洋能、地热能、生物质能等.新能源大部分是

天然和可再生的,是未来世界持久能源系统的基础。

¢ 商品能源 : 作为商品流通环节大量消耗的能源.目前主要有煤炭、石油天然气 水电和核电5种。

¢ 非商品能源: 就地利用的薪柴、农业废弃物等能源.通常是可再生的。

¢ 环境能源 : 储存在地球环境中的能流、太阳能、 地球内的放射性源,以及太阳星系的运行,是世界上所有环境能源的初始能

源。