新型碳材料及其应用

1、谈谈新型碳材料及其应托谈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，即有古老的产品也有现代科 学技术进步所创新的产品，而新型碳材料就是由传统的碳材料经过一 系列的加工工艺而制的一种新型材料。新型碳材料主要有活性炭、碳 纤维、石墨烯、石墨、纳米碳管、金刚石、富勒烯、其他新型碳材料。新型碳材料具有密度小、强度大、刚性好、耐高温、抗化学腐蚀、抗 辐射、抗疲劳、高导电、高导热、耐烧蚀、热膨胀小、生理相容性好 登一系列优异的特性，是军民两用的新材料，被称为是第四类工业材 料。应用于冶金、化工、机械、汽车、医疗、环保、建筑日常生活等领域。特别是航天和核工业部门不可缺少的工程结构材料。新型碳材料的发

2、展和应用对提高军事实力和工业产品是竞争力都是至关重要 的，已经成为衡量一个国家科技水平、军事和经济实力是标志之一。活性炭是被其广泛使用的一种新型碳材料， 其又称活性炭黑，是 黑色粉末状或颗粒状的无定形碳，活性炭主成分除了碳以外还有氧、 氢等元素，活性炭在结构上由于微晶碳是不规则排列， 在交叉连接之 间有细孔，在活化时会产生碳组织缺陷，因此它是一种多孔碳，堆积 密度低，比表面积大。在石化行业，活性炭在无碱脱臭乙烯脱盐水工 艺中起到了关键的作用；在电力行业，活性炭被用于电厂水质处理及 保护；在化工行业活性炭用于化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回 收、及油脂等的脱色、精制过程中；在食品行业，它被用于

3、饮料、酒 类、味精母液及食品的精制、脱色、提纯、除臭，在黄金行业，在黄 金提取和尾液回收起到至关重要的作用；环保行业，被用于污水处理、废气及有害气体的治理、 气体净化， 总之活性炭被其广泛的用于各行各业中。料的固有本征特性， 又兼具纺织纤维的柔软可加工性， 是新一代增强 纤维。不仅杨氏模量大，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀 性也出类拔萃。碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。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，可 以构成复合材料。 碳纤维增强的复合材料可用作飞机结构材料、 电磁 屏蔽除电材料、 人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、 机 动船、工业机

4、器人、汽车板簧和驱动轴等。总之碳纤维是被广泛用于 民用，军用，建筑，化工，工业，航天以及超级跑车领域的。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。 是一种由 碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个 碳原子厚度的二维材料。 在纳电子器件方面， 利用石墨烯加入电池电 极材料中可以大大提高充电效率， 并且提高电池容量； 也可以应用于 许多其他潜在的能源存储领域如超级电容器、 电磁炮等。石墨烯可以 代替硅生产超级计算机；在光子传感器、 基因电子测序和隧穿势垒材 料也有重要的用途。纳米碳管， 管状的纳米级石墨晶体， 是单层或多层石墨片围绕中 心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝

5、纳米级管， 每层的C是sp2杂化, 形成六边形平面的圆柱面。 各国都加紧了碳纳米管的应用研究， 研制 出具备良好储氢性能的碳纳米管和具备初步显示功能的碳纳米管显示器，并在利用其电子发射性能研制发光器件。但是由于纳米碳管提 纯困难，使其没有得到普及，但是在将来其可以作为超级纤维材料、 高性能场发射材料、超级电容器电极材料、储氢材料、催化剂材料被 广泛应用。富勒烯是由任何由碳一种元素组成，以球状，椭圆状，或管状结 构存在的物质。富勒烯与石墨结构类似， 但石墨的结构中只有六元环， 而富勒烯中可能存在五元环。 富勒烯是一种新发现的工业材质， 在将 来可以制成无金属电线、 富勒烯（非金属）钢筋的建筑物、 富勒烯防弹 背心、富勒烯汽车壳等，它也是制成非线性光学器件、光导体、超导 材料的重要材料， 也可以制成抗癌药物的载体、 高效催化剂和富勒烯 氢化物电池等。碳纤维是新型碳材料家族中的又一个典型代表，它不仅具有碳材新型碳材料的应用是