开发更高效、更能满足人类需求的能量转换方式是当今能源科研工作者的研究重心之一。纳米材料的出现为新能源、新技术的发展带来了一个契机,在众多纳米结构中,纳米多孔材料无论是在制造还是应用上都具有最大的优越性。目前,虽然国内外对纳米多孔材料在能量转换方面已有一定的研究,但仍然有些区域较少涉及,同时纳米材料在能源与环境领域还有巨大的研究空间有待发掘。纳米多孔材料中的热电现象和流电现象一直是国内外研究的热点。纳米多孔材料具有极低的导热系数,是理想的热电材料,但国内外的研究都集中在其稳态传热及热电特性上,而鲜有涉及其瞬态特性。纳米多孔体内显著的双电层效应可用于进行电动发电,该现象近年来也受到国内外学者的较大关注。但此前电动发电几乎都是使用压力驱动溶液流动,由于电动发电方式本身效率的限制需要消耗大量高品位的压力。针对以上问题,本文的主要研究内容及结论如下：(1)用瞬态热线法对非均质纳米多孔材料瞬态导热特性进行研究,首次发现纳米颗粒堆积材料瞬态导热过程具有巨大的弛豫现象,弛豫时间约为100s,比此前报道的非均质多孔材料最大弛豫时间约高一个数量级,且弛豫时间不随气相压力减小而减小。该现象与普遍接受的两相传热不平衡理论解释相违背。(2)基于传热弛豫现象提出一种瞬态热电发电新方法,并基于CV模型对其工作性能进行理论分析,发现传热弛豫现象可有效减小发电时热电材料上热传导漏热,从而提高热电转换效率。相同ZT值下,当无量纲弛豫时间大于1,瞬态热电效率高于传统稳态方法。将该方法应用CPU芯片,建立晶体管级热电余热回收系统,既可有效利用晶体管门电极闭合时的高温热源,又能利用弛豫现象有效减小热传导损失的漏热,从而具有比传统热电回收方法更高的能量转换效率(3)提出一种毛细驱动纳米多孔介质电动发电方式,并从理论和实验两方面对其工作性能进行研究。利用多孔膜内毛细现象和蒸发作用的耦合,可产生稳定的毛细力驱动系统中溶液流过纳米通道进行发电,因此该方法可自动收集环境中各种品位能量进行发电,包括风能、太阳能、余热等。蒸发直径1.5cm的装置理论最高功率可达0.39mW,可为微型电子设备自行供电提供一种新的方法。(4)提出一种利用植物蒸腾作用驱动多孔介质电动发电方式,并从理论和实验两方面对其工作性能进行研究,研究发现该方法可实现植物一边生长一边输出电能。多孔纳米通道输出功率主要受植物本身蒸腾速率影响,且其蒸腾速率可直观地反应在输出电压上。因此该方式既可用于收集环境能量发电又可用作植物传感器研究植物生理特性。