先进碳材料课件

1碳元素Carbon最硬-最软导体-半导体-绝缘体导热-绝热吸光-透光原子序数为6，位于元素周期表中第二周期第ⅣA族。熔点最高的单质-石墨最硬的天然物质-金刚石形成化合物最多的元素地球上一切有机生物体的骨架元素碳甲烷结构目前使用能源的主要元素2十级硬度从小到大依次为：1.滑石；2.石膏；3.方解石；4.萤石；5.磷灰石；6.长石；7.石英；8.黄玉；9.刚玉；10.金刚石。指甲的硬度约为2.0-2.5，铜钥匙为3.0，小钢刀为5.0-5.5，玻璃为6.0金刚石是在地球深部高温、高压条件下形成的一种单质晶体，其中碳原子按四面体成键方式互相连接，组成无限的三维骨架，是典型的原子晶体。由于钻石中的C-C键很强，所以所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以钻石不仅硬度大，熔点极高，而且不导电。金刚石Diamond反射率高热导率高化学性能稳定硬度大熔点高绝缘体34石墨是碳的另一种常见单质。在晶体结构中同层间每个碳原子与另外三个碳原子相联，六个碳原子在同一平面上形成正六边形的环，伸展形成片层结构。在同一平面的碳原子还各剩下一个能自由移动的电子，可以被激发，所以石墨有金属光泽，能导电、传热。由于层与层间距离大，结合力（范德华力）小，各层可以滑动，所以石墨的密度小，质软并有滑腻感。石墨可用于生产耐火材料、导电材料、耐磨材料、润滑剂、耐高温密封材料、耐腐蚀材料、吸附材料、摩擦材料和防辐射材料等.石墨Graphite热导率高耐高温化学性能稳定硬度小熔点高导电性好体润滑性好5富勒烯FullereneC60具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形。在室温下为紫红色固态分子晶体，有微弱荧光，直径约为7.1埃（1埃=10-10米），密度为1.68g/cm3。C60具有金属光泽，有许多优异性能，如超导、强磁性、耐高压、抗化学腐蚀，在光、电、磁等领域有潜在的应用前景。富勒烯是一系列纯碳组成的中空分子的总称，形状呈球型、椭球型、柱型或管状。它们是由非平面的五元环、六元环等构成的封闭式空心球形或椭球形结构的共轭烯。富勒烯家族中最早发现、也是最有名的是C60。C60（模型）富勒烯的成员还有C28、C32、C50、C70、C84……C240、C540零维碳单质材料碳纳米管6碳纳米管的抗拉强度达到50-200GPa，比同体积钢的强度高100倍，重量却只有后者的1/6到1/7。弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。碳纳米管又叫巴基管，由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的无缝、中空纳米管。CarbonNanotubes一维碳单质材料强度比钢高密度比铝小导电性比铜好比不锈钢耐腐蚀碳纳米管CarbonNanotubes超强纤维复合材料增强体储氢材料锂电池负极材料纳米导线电子探针超级电容器传感器纳米机械催化领域隐身的军用装备。7石墨烯Graphene石墨烯是单层石墨烯、双层石墨烯和少层石墨烯的统称。是碳原子组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯（模型）石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直到2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆(AndreGeim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(KonstantinNovoselov)，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，因“在二维石墨烯材料的开创性实验”，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。二维碳单质材料8石墨烯Graphene扫描电子显微镜下的石墨烯世上最薄的材料，只有0.34纳米厚强度高，抗拉强度达125Gpa，比最好的钢铁还要高上100倍导热系数高达5300W/m·K导电性能好，电阻率低，目前室温下导电性能最好的材料比表面积大，高达2600m2/g透明、耐高温、耐酸碱腐蚀、高化学稳定性9碳气凝胶CarbonAerogel碳气凝胶是一种具有三维纳米网状结构的轻质多孔碳材料，是目前最轻的凝固态材料。碳气凝胶具有孔隙率高、比表面积高、热稳定性高、导电性好（目前唯一具有导电性的气凝胶）等特性。碳气凝胶的制备全碳气凝胶，密度仅0.16mg/cm3（表观密度）三维碳单质材料10碳气凝胶CarbonAerogel1112其他碳材料OtherCarbonMaterials超级活性炭碳纳米纤维多孔碳玻璃碳碳纤维直链乙炔碳碳纳米泡沫金刚石功能材料蓝丝黛尔石

零维一维二维三维物质富勒烯碳纳米管石墨烯金刚石无定型碳卡宾石墨…碳纤维…

制备方法热CVD法碱化处理热CVD法高压合成法CVD法烧蚀法放电法加热蒸发法CVD法PVD法放电法氟化氢分解法烧蚀法

溅射法

等离子体法形态单晶分子纤维分子纤维微晶无定型微晶单晶薄膜单晶粒状块状定向结晶薄膜纤维特征半导体性导电性导电性高硬度高硬度催化功能高强度催化功能高热传导性耐腐蚀性强磁性催化功能插层高耐热性导电性超导性

耐磨蚀性

用途超润滑材料超轻质材料电极材料超润滑材料超润滑材料非线性光学材料超高强材料X射线光学材料高频材料电极材料

能源材料