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第1章 绪论 1

1.1 纳米科学与纳米技术 1

1.2 对可持续性的影响 2

1.2.1 资源的利用效率 2

1.2.2 危险化学品的替代 3

1.3 工业应用 3

1.3.1 催化剂 4

1.3.2 能源的产生与存储 4

1.3.3 运输 5

1.3.4 饮用水与废水处理 6

1.3.5 电子 7

1.3.6 农业食品和林业产品 7

1.3.7 建筑 8

1.4 可持续性评估：生命周期分析 9

致谢 9

参考文献 9

第2章 电子工业中的纳米技术 15

2.1 简介 15

2.2 半导体晶体管 16

2.3 碳纳米结构 19

2.4 石墨烯电子学 20

2.5 量子点电子学 22

2.6 小结 26

参考文献 27

第3章 光伏与纳米技术：从创新到产业 32

3.1 简介 32

3.2 欧洲光伏产业项目集群 33

3.3 光伏项目的范围 33

3.4 主要的发现和可能的突破 36

3.5 光伏项目与全球光伏工业需求的相关性 39

3.6 纳米技术项目与欧洲光伏政策目标和策略的相关性 40

3.7 商业机会 44

3.8 应用与创新展望 45

3.9 纳米技术在解决光伏产业技术挑战中所担当的角色 47

3.10 小结 50

第4章 纳米技术如何提高农业食品行业中的可持续性 51

4.1 简介 51

4.2 初级生产中的应用 51

4.2.1 农业 52

4.2.2 园艺 53

4.2.3 畜牧业 54

4.2.4 水处理 55

4.3 采后加工 55

4.3.1 工艺创新 56

4.3.2 新食品 57

4.4 零售与消费者 58

4.4.1 包装 58

4.4.2 物流 60

4.4.3 便利 61

4.5 农业食品中应用的社会接受程度 61

4.5.1 风险感知 62

4.5.2 监管问题 62

4.6 讨论与小结 63

参考文献 64

第5章 纳米纤维素的生物生产及其在农业和林业产品行业中的潜在应用 67

5.1 简介 67

5.2 NCC的生物生产 68

5.2.1 纤维素的微生物水解 68

5.2.2 通过控制纤维素的微生物水解生产NCC 68

5.2.3 纳米纤维素生产的连续批次工艺 69

5.2.4 通过微生物水解生产的NCC的纯化与表征 69

5.2.5 通过纤维素的酶水解生产NCC 72

5.3 纳米纤维素在农业和林业产品行业中的应用 74

5.3.1 纸和纸板中的纳米纤维素 74

5.3.2 薄膜和涂层中的应用 74

5.3.3 阻隔膜中的应用 75

5.3.4 食品包装中的应用 75

5.4 小结 76

致谢 76

参考文献 76

第6章 纳米技术在航天领域的应用 79

6.1 简介 79

6.2 传感器 79

6.3 电磁干扰静电放电 81

6.3.1 深空探测飞船上的纳米材料 81

6.4 航天电子学电子学 82

6.4.1 面向太空飞行的纳米材料基存储器 82

6.4.2 布线 83

6.4.3 电子学中的热管理 83

6.5 结构 84

6.5.1 主要和次要结构 84

6.5.2 无损检测 85

6.6 推进 85

6.6.1 燃气涡轮发动机 85

6.6.2 推进剂 85

6.7 功率和能量存储 86

6.7.1 锂离子电池 86

6.7.2 超级电容器 87

6.7.3 发电 88

6.8 生命支持系统 89

6.9 可持续性：维修和加工 90

6.10 辐射防护与检测 90

6.11 面向航空领域的纳米材料所面临的挑战 90

6.12 可负担性和可制造性 91

6.13 挑战：管理预期 92

参考文献 92

第7章 纳米材料在燃料电池中的应用 97

7.1 燃料电池简介 97

7.2 纳米尺寸效应的收益 100

7.2.1 面向燃料电池电极的纳米材料 100

7.2.2 电解质增强的离子传导性和结构稳定性 114

7.3 膜电极组件（MEA） 117

7.3.1 面向低温燃料电池的新型MEA 117

7.3.2 无电解质SOFC 119

7.4 面向燃料电池的纳米材料的当前局限性 120

7.4.1 MEA与燃料电池的制造 121

7.4.2 纳米材料的劣势 121

7.5 小结 122

致谢 123

参考文献 123

第8章 纳米结构金属氧化物催化剂 134

8.1 简介 134

8.1.1 催化与纳米技术 134

8.1.2 金属氧化物催化剂：相关性与特定性能 135

8.1.3 金属氧化物催化剂与纳米尺度 135

8.1.4 本章范围 136

8.2 纳米尺寸氧化物催化剂的制备方法 137

8.2.1 传统方法及其局限性 137

8.2.2 非传统方法：前体的使用 137

8.2.3 无序前体的合成 139

8.2.4 案例分析：纳米尺寸TiO2 141

8.3 纳米颗粒氧化物催化剂 143

8.3.1 简介 143

8.3.2 面向燃烧的纳米尺寸氧化物催化剂 144

8.3.3 面向ODH的纳米尺寸氧化物催化剂 146

8.3.4 利用CO2作为氧化剂的纳米氧化物催化剂 150

8.4 纳米复合氧化物催化剂 152

8.4.1 简介 152

8.4.2 结构特征 153

8.4.3 表面特征 156

8.4.4 氧的移动性 157

8.4.5 催化活性 160

8.5 介孔氧化物中的纳米结构 164

8.6 小结和展望 166

参考文献 167

第9章 面对发展中国家的太阳能光催化饮用水处理技术 176

9.1 对于安全的饮用水的需求 176

9.2 水的太阳能消毒 179

9.3 面向SODIS的增强技术 181

9.4 面向饮用水消毒的太阳能反应器和CPC集热器 182

9.5 半导体光催化 186

9.5.1 光催化机制 186

9.5.2 光催化材料 187

9.5.3 固定光催化剂与悬浮光催化剂的对比 187

9.6 水的光催化消毒 188

9.7 需要解决的问题 193

9.7.1 光反应器的设计 193

9.7.2 光催化剂的寿命 194

9.7.3 可见光活性光催化材料 194

9.8 小结 196

致谢 196

参考文献 196

第10章 纳米技术在建筑行业中的应用 202

10.1 简介 202

10.2 光谱选择性涂层 203

10.2.1 窗户和玻璃上的被动涂层 203

10.2.2 窗户或玻璃上的活性或智能涂层 206

10.2.3 建筑物上的其他光谱选择性涂层 210

10.3 具有非光学功能的产品 212

10.3.1 催化活性建筑材料 212

10.3.2 抗菌和抗真菌涂层 213

10.3.3 耐腐蚀 213

10.3.4 保温 214

10.3.5 控制表面物理性质的产品 214

10.4 建筑照明中的纳米技术 215

10.5 小结 216

参考文献 217

第11章 单壁碳纳米管锂离子电池的预测型生命周期评估 219

11.1 简介 219

11.1.1 走向预测型生命周期评估 219

11.1.2 新型纳米技术的生命周期评估 219

11.1.3 范围、生命周期评估以及热力学极限 221

11.2 案例研究：面向锂离子电池的单壁碳纳米管 222

11.2.1 从环境的角度考虑SWCNT的制造 223

11.2.2 HiPCO工艺的机理 223

11.2.3 HiPCO工艺的完善度 224

11.2.4 类似的经验曲线建模 225

11.2.5 SWCNT阳极锂离子电池使用阶段的性能边界 226

11.2.6 讨论和新方向 227

11.3 小结 228

致谢 228

参考文献 228

第12章 基于纳米技术应用的生命周期评估 233

12.1 生命周期评估方法 233

12.2 LCA研究中对基于纳米技术的产品和应用的评估 234

12.3 前瞻型生命周期评估作为纳米技术的前瞻型技术评估的一个方法 239

12.4 对于特定制造的纳米颗粒的评估 240

12.5 小结 246

参考文献 247