預計在最近幾年內，人類將在能源，尤其是可再生能源方面，取得重大突破。人們將會利用更安全的核電站，更高效的太陽能電池；風能、太陽能、海洋能在我們的生活中將得到更廣泛的應用。但是，這些目標的實現(xiàn)都離不開科學，尤其是新材料方面的重大突破。
偉大設計——
納米復合材料模型使核電站更安全
科學家們關于新材料的設想越來越明晰了。他們以納米為單位來設計新材料（1納米等于十億分之一米）。在這樣小的尺寸上， 新材料可以擁有自己特性， 這些屬性可以提供理想的功能，特別是把新材料制成復合材料時，它們的功能就更加強大了。最近一系列研究表明，納米材料在能源領域擁有廣闊潛力。
研究人員已經很好地掌握了新納米材料工程的工作機理。麻省理工的邁克爾·蒂米科維茨博士成功地研發(fā)出復合材料納米化的設計模型。通過該模型，人們有望獲得納米復合材料具有其組成物質所沒有的、全新的材料特性。
蒂米科維茨博士正在美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室同一個研究小組進行相關實驗。為了加速美國在能源科技領域的研究，美國政府資助了一項歷時5年、耗資7.77億美元的項目。 項目由美國多個科研小組共同完成，洛斯阿拉莫斯國家實驗室就是其中的一個小組。 材料學博士蒂米科維茨正在尋找抗輻射能力強的物質。這種物質可以代替不銹鋼給核反應堆做內壁來延長核反應堆的使用壽命，并將使核燃料得到更高效的利用來提高反應堆的效率。蒂米科維茨博士說：“目前，反應堆只利用了大約1%左右的燃料。所以即使燃料利用率僅略有增加，放射性廢物也會大幅減少。
核反應堆的內壁之所以會劣化，是因為當用做內壁的金屬暴露于射線時，金屬就會變脆變弱。這個弱點是因為金屬的晶體結構，而這種結構又是由高能粒子造成的，如中子撞擊到單個原子，并把原子撞離原來位置。這些原子和其他原子發(fā)生碰撞，造成的損害蔓延開來。其結果就造成孔洞、裂縫等。
蒂米科維茨博士說確保納米復合材料具有抗輻射能力的關鍵在于組成復合材料的不同物質層與層之間的界面。當不同的物質層越來越薄時，不同物質間的界面就決定了復合材料的特性。不同物質的界面使得復合材料表現(xiàn)出了原組成物質所不具備的新奇特性。
理想的納米復合材料不僅能抗輻射損傷，它自己也不會通過吸收中子成為放射性物質。蒂米科維茨博士利用他的模型技術來選擇可能的材料。鐵基的裂變反應堆和將被應用到核聚變上的鎢基的核反應堆都是他考慮的材料。這些材料被批準使用在核反應堆上還要假以時日，但是納米復合材料設計模型本身就是技術上的重大突破了。
穿越光譜——
納米技術使太陽能電池效率更高
在提高太陽能電池效率方面，納米技術也將發(fā)揮更加重要的作用。英國倫敦帝國學院的研究人員在一個叫做“太陽能量子”的展覽上披露了最新成果，納米復合材料用來制作“多重接面”太陽能電池。該電池的每一層能夠捕獲太陽能光譜中特定的顏色。總的來說，這就比僅僅轉換部分光譜的傳統(tǒng)太陽能電池有效多了。
“傳統(tǒng)太陽能電池只能把20%左右的太陽能轉換成電能，‘多重接面’太陽能電池的轉換率了已經超過40%，而且根據帝國學院的研究員艾金斯·達克思預測，多重接面太陽能電池有望在十年內把轉換率提高到50%。多節(jié)太陽能電池在應用納米技術進行大規(guī)模生產之前成本仍然會很高。研究人員預計，如果通過反射鏡把太陽聚集在太陽能電池上，太陽能發(fā)電的成本仍會降低。
透過玻璃——
納米復合透明材料
太陽能電池也可應用到建筑物，如在窗戶上。德國弗勞恩霍夫研究所機械材料研究員正在尋找合適的透明材料。這些材料也將利用計算機模型來探索原子結構并來模擬電子運行模式。來自德國研究所的沃爾夫岡·柯納說，傳導材料和透明材料的良好結合可能會產生完全透視電子。
復合材料的納米結構也能使較輕的材料擁有很大的機械強度。復合材料，例如以光纖玻璃和碳纖維合成的塑料樹脂，已經廣泛應用在生產制造業(yè)，用來生產汽車和飛機等。但是，通過控制纖維生產過程中的方向，可以產生變形復合材料，這種材料在一定條件下能夠改變自身形狀。這種變化可以來自外部控制，也可以是自發(fā)產生的，例如，對溫度、壓力、和速度引發(fā)的變化。
在英國的布里斯托爾大學先進復合材料創(chuàng)新和研究中心進行的研討會透露，這種變形復合材料可以用于生產能效更高的風電和潮汐發(fā)電的渦輪葉片。一種雙穩(wěn)態(tài)復合材料能夠快速改變其空氣動力狀況，這也將有助于消除刀片上不需要的壓力。這將提高其效率，延長葉片的使用壽命，并且改善發(fā)電系統(tǒng)。變形復合材料意味著潮汐發(fā)電機可以制得更小，在商業(yè)上更具競爭力。依這種方式，材料科學上的些許變化將為可再生能源創(chuàng)造遠大前程。
