碳材料概述课件

1、Contents，其他传统碳素材料，1、学习交流PPT，中国字“碳”由木炭的“碳”和石字旁构成，并由“碳”发音。 碳是人类接触最早的元素体之一，也是人类最早利用的元素体之一。 八尾旬时代，以热解炭黑为涂料的商朝时期，木炭广泛用于熔化期金属，熔化期中木炭起到燃料、还原剂的作用。 碳元素体是平凡而不可思议的元素体，以多种形式广泛存在于大气和地壳中，地壳中含量为0.027%，能够与多种单体形成千万种化合物。 碳地球上所有生物的骨架要素。 碳12是由国际单位制定义的摩尔的尺度，设碳12g中含有的原子数为1摩尔。 碳14由于具有较长的半寿期，因此广泛用于古物的年代测定。一、碳基础知识、二、交流PPT、一

2、、碳基础知识，弗罗伦斯科学院大事记： 1649年钻石揭开谜团，1772年骡子进行了钻石和木炭燃烧实验后，确认了两种物质燃烧产生CO2 1776年(1787 )，骡子参考了拉丁语的木炭“carbo”，将碳的英语名定为“Carbon”。 1789年，碳作为元素体被列入了最初的元素体表。 学、3、交流PPT，一、碳的基础知识，与“碳素材料”和“碳素材料”、“碳”和“碳”二字有关，区分：个碳：碳元素体、碳单体、含碳化合物和许多诱导体时，用“碳”例如碳水化合物、碳酸盐、碳氢化合物碳：指由碳元素体构成的单体，指具体的物质。 C/H比为10以上，主要由碳组成，以煤、焦炭、热解炭黑、活性炭、碳素电极、碳摇滾乐

3、、碳纤维布等固体材料居多。 与“碳素材料”和“碳制品”的区别及相关，碳素材料统称，对碳工业使用的石油焦、无烟煤、天然黑金属铅类碳原料等碳原料和含碳制品的碳原料进行加工而成的具有一定形状和物理性质的制品称为碳制品(碳质电极、石墨电极、碳纤维布等)。 4、沟通PPT，一、碳基础知识，碳素材料：结构多样性功能多样性传统碳素材料木炭，木炭活性炭热解炭黑焦炭天然黑金属铅(Natural graphite )天然金刚石(Natural diamond )新碳素材料(新碳)金刚石功能材料(薄膜， 纳米)黑金属铅层间化合物碳纤维多孔碳(Porous carbons )玻璃碳(Glass-like carbon

4、s )柔性黑金属铅(Flexible graphite )核黑金属铅(Nuclear graphite ) Fullerene，CNTS， Graphene碳素材料分类，5、交流PPT，2、金刚石和黑金属铅、天然金刚石、金刚石、研磨、金刚石结构图、黑金属铅：平面网状结构，6、交流PPT，2、金刚石和黑金属铅，黑金属铅分为天然黑色金属铅和人造黑金属铅，如静压石墨、成形石墨、押1 )耐火原料，例如石墨坩埚、黑金属铅模具； 2 )在电气工业中，作为制造电极、刷子、碳纤维、碳纤维、碳石墨垫片、电视显像管等导电材料来使用；3 )在核电源工业和防卫工业中使用：作为中子减速剂在原子炉中使用；4 )制作铸造、

5、返砂、斯坦共和国及高温冶金材料；5 )黑金属铅铅笔笔芯利用黑金属铅的导电性、润滑性和熔点高，7、交流PPT，2、金刚石与黑金属铅、金刚石的合成已有40多年的历史。 其合成方法可分为两大类：黑金属铅转化法(静态超高压高温法动态法)和气相合成法1954年由美国通用圈套公司生产人造金刚石，揭开了人造合成钻石发展的序幕，是静态高压高温技术发展的一大成果。 化学汽相淀积(CVD )金刚石膜的产生是人工合成钻石技术发展的第二个飞跃。20世纪50年代和六十年代、美国、苏联等国家相继在低压下实现了金刚石多晶膜的化学汽相淀积。 1987年世界上发生了“金刚石薄膜”的合成，合成方法主要有CVD和PVD两种。8、交

6、流PPT，二、金刚石和黑金属铅、钻头、金刚石主要用于精密机械制造、电子工业、光学工业、半导体工业及化学工业。 例如，固定激光老虎钳的散热器、红外线激光的窗材、各种钻头、研磨剂等。 天然金刚石稀少，仅限于作为陈设品使用，工业应用以人工合成钻石为主。 近年来，金刚石功能化薄膜、微晶金刚石、纳米金刚石扩大了传统意义上的金刚石应用领域。 学习了9、交流PPT、3等传统的碳素材料、木炭、焦炭、活性炭、热解炭黑，黑金属铅的微晶构成了化学基，其共同点是由黑金属铅的微晶和少量杂质组成的混合物。 不同碳素材料下，微晶大小与微晶三次元序列有序度存在较大差异。 碳纤维布、多孔质碳素材料、功能化金刚石薄膜、玻璃碳等。

7、 10、学习交流PPT，中国古代书画为什么能保存至今？ 在常温下，碳的化学性质是稳定的，碳在阳光照射下，与空气和水分接触，不容易变化。 11、交流PPT、四、学习新型碳素材料CNT:1991年日本筑波NEC实验室SumioIijim在HRTEM观察弧光放电后的石墨棒时发现。 Graphene:2004年，物理学教授安德烈格尔米(andrefioshi )和孔斯坦共和国切诺沃洛夫博士研究生通过简单的录音带分离法，成功地从HOPG中制造出了格拉夫烯。完整的碳家族，Diamond :印度钻石开采的可能历史约为16381668年的碳石墨： 1779年发现的以黑金属铅为碳物质的Fullerene:198

8、5年发现的第三种碳的结晶形态(20个六角形12个五角形)，2010年获奖通信PPT，4，新型碳素材料，C60的发现，1985年，英国Sussex高等院校的H.W.Kroto和美国Rice高等院校的Smalley和Curl等人发表了鼠笼型分子C60的发现。 此后发现了C50、C70、c40、C540等，这些个都具有中空的球形结构，属于笼形碳克拉星空卫视分子。 C60的构造因为与建筑师Buckminster Fuller设计的圆顶建筑相似，所以被称为富勒烯。 从化学和材料科学的角度来看，富勒烯有着重要的学术意义和应用前景。 美国建筑师富勒的设计之一，C60是20世纪的重大科学发现之一，极大地拓展了

9、人类对碳素材料的认识！ 学习了13、交流PPT、4、新型碳素材料、C60的发现，C60的主要合成方法：黑金属铅气化法(激光、电弧)、纯碳燃烧法的应用前景：超导材料：金属渡槽大头针(k，Rb )的C60嵌入化合物(18K，29K )最早引起关注。 (室温下，富勒烯为分子晶体，C60的能隙为1.5eV (半导体)。 经过适当的金属渡槽大头针变成超导体。 磁性材料： Dy是组装在C80笼内的太阳能电池片材料： PCBM、C60的有机诱导体，由于其溶解性高，因此电子转移高等有机太阳能电池中经常使用的电子接纳体标准物； 催化材料：除有机官能化学基改性外，还有医学、光学领域。 富勒烯的合成成本很高，其潜在

10、的应用还在摸索中！14、交流PPT、4、新型碳素材料、Carbon Nanotubes的发现、nature354、56-58(1991 )、MWNT、SWNT、15、交流PPT、4、新型碳素材料、Carbon Nanotubes的发现、碳纳米管的大量制造：弧光放电法(用于工业生产Arc Discharge Methods:电弧室用惰性瓦斯气体保护，两个石墨棒电极接近，拉起电弧，再次剥离，使电弧保持稳定。 由于放电中阳极温度比阴极高，所以在消耗阳极石墨棒的同时，在石墨阴极中会析出含有碳纳米管的生成物。电弧法多采用直流电弧，弧光放电条件一般为电极电压2030V的电流50150A气体压强1080kP

11、a。Materials Today、Oct 2004、pages 22-49 .16、交流PPT、四、新型碳素材料、碳纳米管的贮氢原理：吸附氢的吸附和解吸可以在常温下进行，只要改变压力即可，贮氢量大， 纯单壁碳纳米管达到5.010% (一般为7.4% )，符合美国能源部标准(6.4%质量分数)，碳纳米管在化学传感器中的应用，在碳纳米管暴露于NO2和NH3时，电导率显着增加或减少，为瓦斯气体化学传感器的应用奠定了基础。 SWNT通过NO2和NH3时，j等人测量了碳纳米管的电导随电压变化的情况。 Science、2000、287:622-625电导no2的3位电导NH3的2个数量级别的应用：环境中

12、的no2和NH3的监视。 由、IBM研发的碳纳米管芯片(2012.11 )右图的黑线是跨越两个电接点间隙的碳纳米管。 IBM技术可在每一凹槽中放置碳纳米管。碳纳米管的触摸屏、17、交流PPT、4、新的碳素材料、naturematerials6、183-191(2007 )、Graphene、格拉夫烯由碳原子用sp2混合键连接而成的单原子层构成，其理论厚度仅为0.35 nm， 是目前发现的最薄的二次元材料，格拉夫烯是建构其他二维碳素材料(例如零维富勒烯、一维度CNTs、三次元黑金属铅)的基本单位针织面料。18、交流PPT、4、新型碳素材料、微波吉卜赛人剥离法、碳纳米管横割法、微波法、弧光放电法、

13、光还原法、黑金属铅氧化还原法、电化学还原法、热膨胀法、液相/气相剥离石墨法、碳化硅分解法、外延生长法、化学气相堆积法， 黑金属铅的制造方法，19， 学习交流PPT四、新型碳素材料，力学性能：击穿强度为13010GPa，弹性模数为10.1TPa电学性能：电子输送速度为光子的1/300，在室温下电子转移很高(15000cm2/(VS ) 格拉夫烯是零能隙的二次元半导体凝聚态物理学中无质量狄拉克费米理想实物模型材料的载流子做零有效质量运动，电子在无质量室温量子霍尔效应载流子弹道输送比金刚石大的硬度光学性能：对近红外、可见光和紫外光具有优良的透射性，约2.3% 20、交流PPT、四、新型碳素材料、巨型

14、计算机芯片-目前世界上电阻率最小的材料，电阻率仅为10-6 cm，在室温下，硅基处理器的运行速度达到4-5GHz后，难以持续提高。 代替硅生产巨型计算机、光子传感器、液晶显示材料、下一代太阳能电池片，格拉夫引擎作为硅的替代材料制造晶体管德老虎钳是科学家们期待的重要应用，也是最引人注目的领域之一。 格拉夫引擎的载流子迁移率高于硅，电子在格拉夫引擎中运动会发热较少，以格拉夫引擎为基质生产的处理器可达到1THz即1000GHz。 21、学习交流PPT，格拉夫引擎目前可以制作可折叠的显视器，太阳能电池片的窗电极、显视器、触摸屏等制作数据老虎钳的材料是铟锡氧化物半导体透明薄膜(ITO )，但铟在地球上的

15、含量有限，云同步上ITO材料在近红外光领域的透光性差，富不仅格拉夫烯具有非常高的导电性，而且具有更高的强度和更强的韧性，能够制作可弯曲的显示，被认为是代替ITO的合适材料。未来格拉夫引擎学习可折叠的显视器，四，新型碳素材料，二十二，交流PPT，从左到右：格拉夫引擎上印刷的银电极是将材料分成三.一英寸的区域组装的格拉夫引擎触摸屏电脑使用的格拉夫引擎触摸屏，四，新型碳素材料，2 学习交流PPT，瓦斯气体分子传感器存储材料的药物控制络离子筛作为电极材料复合材料，四，新型碳素材料，24，学习交流PPT，请老师和米娜桑指出，25，学习交流PPT，其他应用，超级电容药物控制释放计算机芯片作为电极材料，26， 学习交流PPPT，17世纪40年代，阳光明媚的夏天，意大利弗罗伦斯科学院，几位院士坐在院子石台旁，用放大镜对不常见金刚石进行观察、研究。 当钻石所在位置与凸透镜的焦点对准时，钻石折射出耀眼的强光，会员们纷纷转头逃跑。 他们转身时，意外地发现闪闪发光的钻石不见了。 人们四处寻找草坪，什么也没得到。 钻石不动翅膀飞行，成为奇怪的失踪事件，载入了弗罗伦斯科学院的重要记录。 请考虑一下。 钻石为什么不动翅膀？ 学习了钻石失踪事件，27，交流PPT