新型碳材料及其应用

浅谈新型碳材料及其应用浅谈新型碳材料及其应用碳材料是一种古老而又年轻的材料，既包括古代产品，也包括现代科技进步所创新的产品。新型碳材料是由传统碳材料经过一系列加工工艺制成的新材料。新型碳材料主要包括活性炭、碳纤维、石墨烯、石墨、碳纳米管、金刚石、富勒烯等新型碳材料。新型碳材料具有低密度、高强度、良好的刚性、耐高温、耐化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、高导电性、高导热性、耐烧蚀、热膨胀小和良好的生理相容性等一系列优良特性。它们是军用和民用的新材料，被称为第四类工业材料。适用于冶金、化工、机械、汽车、医疗、环保、建筑日常生活等领域。尤其是在航空航天和核工业。新型碳材料的开发和应用对提高军事实力和工业产品竞争力至关重要，已成为衡量一个国家科技水平、军事和经济实力的标志之一。活性炭是一种应用广泛的新型炭材料。它也被称为活性炭黑。它是黑色粉末或颗粒状无定形碳。除碳外，活性炭的主要成分包括氧、氢和其他元素。在结构上，活性炭是具有低堆积密度和大比表面积的多孔碳，这是由于微晶碳的不规则排列和交叉连接之间的细孔。在石油化工行业，活性炭在无碱脱臭乙烯脱盐过程中起着关键作用。在电力行业，活性炭用于电厂的水质处理和保护。在化学工业中，活性炭用于化学催化剂和载体、气体净化、溶剂回收、脱色和油脂精炼等。在食品工业中，它用于饮料、葡萄酒、味精母液和食品的精制、脱色、净化和除臭。在黄金工业中，它在黄金提取和尾液回收中起着至关重要的作用。环保产业用于污水处理、废气和有害气体处理以及气体净化。简而言之，活性炭广泛应用于各种行业。碳纤维是新型碳材料家族中的另一个典型代表。它不仅具有碳材料的固有特性，还具有纺织纤维的柔韧性和加工性。它是新一代的增强纤维。不仅杨氏模量大，而且不溶于有机溶剂、酸和碱，耐腐蚀性突出。碳纤维可以加工成织物、毛毡、垫子、皮带、纸张和其他材料。碳纤维作为增强材料加入到树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中，形成复合材料。碳纤维增强复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽及除电材料、人工韧带等身体替代材料，用于制造火箭壳体、机动船、工业机器人、汽车板簧、传动轴等。简而言之，碳纤维广泛应用于民用、军用、建筑、化工、工业、航空航天和超级跑车领域。石墨烯是一种由碳原子组成的单层层状结构的新材料。它是由碳原子和sp2杂化轨道组成的六边形蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个碳原子厚度的二维材料。在纳米电子器件中，在电池电极材料中加入石墨烯可以大大提高充电效率和电池容量。它还可以应用于许多其他潜在的储能领域，如超级电容器、电磁炮等。石墨烯可以取代硅来制造超级计算机；它在光子传感器、基因电子测序和隧道势垒材料中也有重要应用。碳纳米管，管状纳米级石墨晶体，是通过以一定螺旋角围绕中心轴卷曲单层或多层石墨片而形成的无缝纳米级管。每层的碳被sp2杂化以形成六边形平面的圆柱形表面。各国加强了对碳纳米管应用的研究，开发了具有良好储氢性能的碳纳米管和具有初步显示功能的碳纳米管显示器，并利用其电子发射性能开发发光器件。然而，由于纯化困难，碳纳米管还没有得到推广，但在未来可以广泛用作超级纤维材料、高性能场发射材料、超级电容器电极材料、储氢材料和催化剂材料。富勒烯是由一种碳元素组成的任何物质，以球形、椭圆形或管状结构存在。富勒烯在结构上类似于石墨，但是石墨只有六元环，而富勒烯可能有五元环。富勒烯是一种新发现的工业材料。将来，它可以制成没有金属线的建筑物、富勒烯(非金属)钢条、富勒烯防弹背心、富勒烯汽车外壳等。它也是制造非线性光学器件、光电导体、超导材料的重要材料，以及抗癌药物、高效催化剂、富勒烯氢化物电池等的载体。新型碳材