4.4,5压电陶瓷,新型碳材料2012.11演示教学.ppt

预 习 内 容5 新型复合材料——博采众长;本次课的主要内容;4.4 声呐的“心脏” —— 压电陶瓷材料 ;★需要是创造发明之母，历史上重大事件促使对声呐的研制;4.4.1 声呐是海洋中的“千里眼”、“顺风耳”;4.4.1 声呐是海洋中的“千里眼”、“顺风耳”;4.4.2 声呐的心脏 ——压电陶瓷材料;4.4.2 声呐的心脏—— 压电陶瓷材料;4.4.4 压电陶瓷材料;2. 锆钛酸铅（Pb（Zr，Ti）O3 ,简记为PZT）压电陶瓷及其掺杂改性;3. 无铅压电陶瓷材料;3. 无铅压电陶瓷材料;4. 压电薄膜材料;6. 压电陶瓷-高分子复合材料;7. 纳米压电陶瓷材料;4.4.5 压电陶瓷材料的应用与发展;4.4.5 压电陶瓷材料的应用与发展;4.4.5 压电陶瓷材料的应用与发展;4.4.5 压电陶瓷应用 —— 晶体振荡器、压电变压器;4.4.5 压电陶瓷的应用;4.4.5 压电陶瓷（在医疗上）的应用;4.4.5 压电陶瓷的应用;4.5 奇异的新型碳材料及其应用 ——富勒烯、石墨烯与碳纳米管;碳材料有着辉煌历史。石墨和金刚石(三维) 是自然界中最早为人们熟知的两种碳同素异构体, 因化学成键方式不同而具有截然相反特性。1985年,一种被称为“富勒烯”的球笼状分子C60 ( 零维)被首次发现, 英国苏赛克斯大学的克罗托与美国赖斯大学的柯尔、斯莫利教授等三位科学家于1996 年获诺贝尔化学奖。1991年, 由石墨层片卷曲而成的一维管状结构——碳纳米管被发现 ，发现者日本科学家饭岛澄男于2008 年获卡弗里纳米科学奖。2004年，世界上最薄材料，仅一个原子厚的单层石墨烯被制造出来,它是石墨的极限形式，具有碳的二维晶体结构, 实验制作者英国曼彻斯特大学科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫摘得2010年诺贝尔物理学奖。至此，碳为人类勾勒出一幅点、线、面、体( 从零维到三维) 相结合的完美画面(如图4.15所示) 。;4.5.1 碳的第三种同素异形体——富勒烯;4.5.1 碳的第三种同素异形体——富勒烯;4.5.1 碳的第三种同素异形体——富勒烯;2. 富勒烯的性质 （1）物理性质 富勒烯为晶体,熔点大于700℃，其颜色从C60 的棕黑色随n 值增大而变浅。富勒烯晶体一般为面心立方或六角密堆积, Cn 球间作用是范德华力, 属非极性分子, 能溶于大多非极性溶剂(如CS2、CCl4、苯、甲???等)。C60分子溶于苯溶液颜色呈酱红色。C60有润滑性，可能成为超级润滑剂。金属掺杂的C60有超导性，是有发展前途的超导材料。 C60分子能在不裂解情况下升华， C60分子的可压缩率大约是金刚石可压缩率的40倍，是石墨的3倍。这表明C60是已知碳同素异形体中弹性最大的，其抗冲击能力比目前人们所知道的其它粒子都要强。 (2)化学性质 C60分子可和金属结合，也可和非金属负离子结合。由于C60分子具中空球形结构，因而它能在球的内外都进行反应，可得到各种功能化的C60衍生物。不同的Cn 因具有相似的结构故而有十分相似的化学性质。化学性质和其笼形封闭结构及电子结构有关, 具有张力且含空域双键的多烯形成Cn 的反应活性。;3. 富勒烯的应用 C60在超导领域、气体贮存、有感觉功能的传感器、增强金属、新型催化剂、光学应用、癌细胞的杀伤效应、其他医疗功能、从空气中分离氧、太阳能电池、纳米电子器件等方面都具有广泛应用前景。 我国在C60分子结构研究与科研发展方面也得到飞速发展：碳纳米管制备，宏量C60制备，储氢材料研究，C50的发现与制取，富勒烯的化学修饰，富勒烯在电、磁、光材料中应用，富勒烯金属包合物的研究等领域取得重大成果，达世界领先水平。 ;4.5.2 打开二维材料之门——石墨烯; 1. 打破传统理论，叩开二维材料之门 石墨烯是由单层碳六元环紧密排列而成的二维蜂窝状点阵结构，形象来说，与一层铁丝网或蜘蛛网类似。如图4.19（a）所示，实际上石墨烯是表面有众多微小起伏的“准”平面结构，在微米尺度，自由悬浮的石墨烯表面存在褶皱，或边缘发生卷曲。石墨烯的发现使我们能从一个多维度、多尺度的高度来认识从零维到三维的碳材料。具有二维平面结构的石墨烯，可看作是组成碳材料家族其他成员的结构基础。例如，将石墨烯以堆垛方式一层一层叠加起来，可得到三维石墨；将石墨烯卷曲成圆筒状，可得到一维碳纳米管；将石墨烯卷曲成球状或椭球状，可得到零维的富勒烯（如图4.20所示）。 ; 2. 石墨烯的结构特征 图4.19(a)、（b）是石墨烯的结构模型图, 它是由单层碳原子构成的二维六边形密排点阵结构(图4.19b), 致密得连最小的氦气分子都无法穿过它。实验表明, 石墨烯并不是一个完美的、百分之百光洁平整的二维薄膜, 而是有大量的