先進碳材料課件

1碳元素Carbon最硬-最軟導體-半導體-絕緣體導熱-絕熱吸光-透光原子序數(shù)為6，位于元素周期表中第二周期第ⅣA族。熔點最高的單質-石墨最硬的天然物質-金剛石形成化合物最多的元素地球上一切有機生物體的骨架元素碳甲烷結構目前使用能源的主要元素2十級硬度從小到大依次為：1.滑石；2.石膏；3.方解石；4.螢石；5.磷灰石；6.長石；7.石英；8.黃玉；9.剛玉；10.金剛石。指甲的硬度約為2.0-2.5，銅鑰匙為3.0，小鋼刀為5.0-5.5，玻璃為6.0金剛石是在地球深部高溫、高壓條件下形成的一種單質晶體，其中碳原子按四面體成鍵方式互相連接，組成無限的三維骨架，是典型的原子晶體。由于鉆石中的C-C鍵很強，所以所有的價電子都參與了共價鍵的形成，沒有自由電子，所以鉆石不僅硬度大，熔點極高，而且不導電。金剛石Diamond反射率高熱導率高化學性能穩(wěn)定硬度大熔點高絕緣體34石墨是碳的另一種常見單質。在晶體結構中同層間每個碳原子與另外三個碳原子相聯(lián)，六個碳原子在同一平面上形成正六邊形的環(huán)，伸展形成片層結構。在同一平面的碳原子還各剩下一個能自由移動的電子，可以被激發(fā)，所以石墨有金屬光澤，能導電、傳熱。由于層與層間距離大，結合力（范德華力）小，各層可以滑動，所以石墨的密度小，質軟并有滑膩感。石墨可用于生產(chǎn)耐火材料、導電材料、耐磨材料、潤滑劑、耐高溫密封材料、耐腐蝕材料、吸附材料、摩擦材料和防輻射材料等.石墨Graphite熱導率高耐高溫化學性能穩(wěn)定硬度小熔點高導電性好體潤滑性好5富勒烯FullereneC60具有60個頂點和32個面，其中12個為正五邊形，20個為正六邊形。在室溫下為紫紅色固態(tài)分子晶體，有微弱熒光，直徑約為7.1埃（1埃=10-10米），密度為1.68g/cm3。C60具有金屬光澤，有許多優(yōu)異性能，如超導、強磁性、耐高壓、抗化學腐蝕，在光、電、磁等領域有潛在的應用前景。富勒烯是一系列純碳組成的中空分子的總稱，形狀呈球型、橢球型、柱型或管狀。它們是由非平面的五元環(huán)、六元環(huán)等構成的封閉式空心球形或橢球形結構的共軛烯。富勒烯家族中最早發(fā)現(xiàn)、也是最有名的是C60。C60（模型）富勒烯的成員還有C28、C32、C50、C70、C84……C240、C540零維碳單質材料碳納米管6碳納米管的抗拉強度達到50-200GPa，比同體積鋼的強度高100倍，重量卻只有后者的1/6到1/7。彈性模量可達1TPa，與金剛石的彈性模量相當，約為鋼的5倍。碳納米管又叫巴基管，由單層或多層石墨片繞中心按一定角度卷曲而成的無縫、中空納米管。CarbonNanotubes一維碳單質材料強度比鋼高密度比鋁小導電性比銅好比不銹鋼耐腐蝕碳納米管CarbonNanotubes超強纖維復合材料增強體儲氫材料鋰電池負極材料納米導線電子探針超級電容器傳感器納米機械催化領域隱身的軍用裝備。7石墨烯Graphene石墨烯是單層石墨烯、雙層石墨烯和少層石墨烯的統(tǒng)稱。是碳原子組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。石墨烯（模型）石墨烯一直被認為是假設性的結構，無法單獨穩(wěn)定存在，直到2004年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆(AndreGeim)和康斯坦丁·諾沃肖洛夫(KonstantinNovoselov)，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，而證實它可以單獨存在，因“在二維石墨烯材料的開創(chuàng)性實驗”，共同獲得2010年諾貝爾物理學獎。二維碳單質材料8石墨烯Graphene掃描電子顯微鏡下的石墨烯世上最薄的材料，只有0.34納米厚強度高，抗拉強度達125Gpa，比最好的鋼鐵還要高上100倍導熱系數(shù)高達5300W/m·K導電性能好，電阻率低，目前室溫下導電性能最好的材料比表面積大，高達2600m2/g透明、耐高溫、耐酸堿腐蝕、高化學穩(wěn)定性9碳氣凝膠CarbonAerogel碳氣凝膠是一種具有三維納米網(wǎng)狀結構的輕質多孔碳材料，是目前最輕的凝固態(tài)材料。碳氣凝膠具有孔隙率高、比表面積高、熱穩(wěn)定性高、導電性好（目前唯一具有導電性的氣凝膠）等特性。碳氣凝膠的制備全碳氣凝膠，密度僅0.16mg/cm3（表觀密度）三維碳單質材料10碳氣凝膠CarbonAerogel1112其他碳材料OtherCarbonMaterials超級活性炭碳納米纖維多孔碳玻璃碳碳纖維直鏈乙炔碳碳納米泡沫金剛石功能材料藍絲黛爾石

零維一維二維三維物質富勒烯碳納米管石墨烯金剛石無定型碳卡賓石墨…碳纖維…

制備方法熱CVD法堿化處理熱CVD法高壓合成法CVD法燒蝕法放電法加熱蒸發(fā)法CVD法PVD法放電法氟化氫分解法燒蝕法

濺射法

等離子體法形態(tài)單晶分子纖維分子纖維微晶無定型微晶單晶薄膜單晶粒狀塊狀定向結晶薄膜纖維特征半導體性導電性導電性高硬度高硬度催化功能高強度催化功能高熱傳導性耐腐蝕性強磁性催化功能插層高耐熱性導電性超導性

耐磨蝕性

用途超潤滑材料超輕質材料電極材料超潤滑材料超潤滑材料非線性光學材料超高強材料X射線光學材料高頻材料電極材料

能源材料