化工新材料教学讲义.pptx

化工新材料杜正银西北师范大学化学化工学院一、石墨烯/75石墨烯（Graphene）是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。单层石墨烯（Graphene）：指由一层以苯环结构（即六角形蜂巢结构）周期性紧密堆积的碳原子构成的一种二维碳材料。/75/75/75特点：非同寻常的导电性能、极低的电阻率极低和极快的电子迁移的速度、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性。发展方向：2010年诺贝尔物理学奖造就近年技术和资本市场石墨烯炙手可热，未来5年将在光电显示、半导体、触摸屏、电子器件、储能电池、显示器、传感器、半导体、航天、军工、复合材料、生物医药等领域呈爆发式增长。二、内嵌富勒烯/75“内嵌富勒烯”是牛津大学研发出的一种由碳原子组成的笼形结构，笼内装有氮原子。富勒烯结构中最为特殊的性质是其碳笼内部为空腔结构，因此可以在其内部空腔内嵌某些特殊物种(原子、离子或原子簇)，由此而形成的富勒烯被称为内嵌富勒烯。/75/75三、黑磷/75/75 2014年，有人通过剥离的方式得到了10到20个原子厚度的超薄黑磷薄膜，又称磷烯。现在黑磷二维材料已经成为了晶片界的新宠。替代硅超越石墨烯，黑磷将成下一个万亿市场？/75特点：与石墨烯相比黑磷具有能隙，使其更容易进行光探测，其能隙可通过在硅基板上堆叠的黑磷层数来调节，使其能吸收可见光范围以及通讯，用红外线范围的波长。黑磷是一种直接能隙(direct-band)半导体，也能将电子信号转换成光。发展方向：未来在晶体管、传感器、太阳能电池、开关、电池电极等领域前景广泛。四、3D打印材料/753D打印（3DP)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。/75/75/75特点：改变传统工业的加工方法，可快速实现复杂结构的成型等。发展方向：革命性成型方法，在复杂结构成型和快速加工成型领域，有很大前景。　五、液态金属/75“液态金属”，指的是一种不定型金属，液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。/75/75特点：高强韧性、优良的导磁性和低的磁损耗、优异的液态流动性。发展方向：在高频低损耗变压器、移动终端设备的结构件等。六、气凝胶/75英文aerogel，又称为干凝胶。当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。如/view/232149.htm明胶、/view/159365.htm阿拉伯胶、硅胶、毛发、指甲等。气凝胶也具凝胶的性质，即具/view/563908.htm膨胀作用、触变作用、离浆作用。/75/75/75特点：高孔隙率、低密度质轻、低热导率，隔热保温特性优异。发展方向：极具潜力的新材料，在节能环保、保温隔热电子电器、建筑等领域有巨大潜力。七、离子液体/75离子液体（或称离子性液体）是指全部由离子组成的液体，如高温下的KCI, KOH呈液体状态，此时它们就是离子液体。在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质，称为室温离子液体。在离子化合物中，阴阳离子之间的作用力为库仑力，其大小与阴阳离子的电荷数量及半径有关，离子半径越大，它们之间的作用力越小，这种离子化合物的熔点就越低。某些离子化合物的阴阳离子体积很大，结构松散，导致它们之间的作用力较低，以至于熔点接近室温。/75/75特点：具有高热稳定性、宽液态温度范围、可调酸碱性、极性、配位能力等。发展方向：在绿色化工领域，以及生物和催化领域具有广阔的应用前景。八、量子点/75量子点(quantum dot)是准零维(quasi-zero-dimensional)的纳米材料，由少量的原子所构成。粗略地说，量子点三个维度的尺寸都在100纳米(nm)以下，外观恰似一极小的点状物，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子限域效应(quantum confinement effect)特别显著。/75/75/75特点：大小约为2~20nm的半导体晶体，由少数原子构成，活动局限于有限范围之内，丧失原有的半导体特性。内部结构、大小不同，发出不同颜色的光，量子点尺寸足够精确时，可发出鲜艳的红绿蓝光（颜色可调），能够更精准的控制色彩