碳材料介绍完整版.pptx

Introduction of Carbon MaterialsWenjie Liu2016141431039 CONTENTS01.Preface02.Carbon materails03.Challenge04.Summary 01.Preface 01.Preface碳材料是一种古老而又年轻的材料，与人类生活息息相关。小到日常生活中的铅笔芯，大到航天航空设备中的结构材料，碳都在其中扮演中重要的角色。从金刚石的人工合成、石墨层间化合物的深入研究到富勒烯、石墨烯的发现都取得了令人瞩目的成就，给人们展现了无限的遐想空间。图1 碳材料发展史 02.Carbon Materials 碳材料历史悠久、种类繁多。我们可以将碳材料其分为三大类：传统碳材料(Classic Carbon)、特种碳材料(Special Carbon)和纳米碳材料(Nano Carbon)，其中纳米碳材料和特种碳材料统称为新型碳材料。本文主要介绍四种纳米碳材料。02.Carbon Materials Fullerene富勒烯Carbon nanotube碳纳米管Graphene石墨烯Nano diamond纳米金刚石02.Carbon Materials 富勒烯（英语：Fullerene）是一种完全由碳组成的中空分子，形状呈球型、椭球型、柱型或管状，结构上与石墨很相似，但石墨是由六元环组成的石墨烯层堆积而成，而富勒烯不仅含有六元环还有五元环，偶尔还有七元环。02.Introduction 1971年，大泽映二发表《芳香性》一书，描述了富勒烯分子的设想。1985年，英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士和美国科学家理查德·斯莫利等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子C60，并推测这个团簇是球状结构。02.History 富勒烯由60个碳原子组成的足球形状，一个这样的结构中就有30个双键，这样的结构天生就有比较强的抗氧化、抵抗自由基的能力。由于足球形状结构的稳定性，在吸收自由基之后，它的结构不会发生很大的改变，强悍的紫外线也不能让它屈服。所以，它主要用于护肤品和太阳能电池等领域。02.Property 碳纳米管（英语：Carbon nanotube）作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。02.Introduction 20 世纪70 年代，新西兰科学家在制备富勒烯（C60）时观察到碳的小纤维簇，并分析是由类石墨排列的碳组成，但是也没怎么在意，以为只是一种副产品，实际上已经观察到多壁碳纳米管。1991年，饭岛澄男发表于Nature的文章首次报道了碳纳米管。02.History 碳纳米管强度极高、结构完整，导电性好，化学稳定，热稳定性和本征迁移率高，比表大，微孔集中在一定范围内。可以用于制备高性能场发射材料、超级电容器电极材料、储氢材料、分散和稳定纳米级的金属小颗粒的分散剂、催化剂等等。02.Property 石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。02.Introduction 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，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法（CVD）。02.History 石墨烯的研究与应用开发持续升温，石墨和石墨烯有关的材料广泛应用在电池电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面。鉴于石墨烯材料优异的性能及其潜在的应用价值，在化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展。02.Application 纳米金刚石指的是粒径在1-100nm的金刚石晶粒存在形态，其兼有金刚石、纳米材料的特性，例如高硬度、高耐腐蚀性、高热导率、低摩擦系数、低表面粗糙度、大的比表面积、生物相容性、高的表面活性等。 02.Introduction 1963-1982年，纳米金刚石被研究出来，但随后热潮终止；1982-1993年，合成研发重新启动，苏联的几个研发中心同时进行，生产潜力超过需求；1993-2003年，纳米金刚石为小批量的亏本生产，多数研究中心停产。02.History 纳米金刚石的独特性质使其在精密抛光和润滑、化工催化、复合镀层、高性能金属基复合材料、化学分析及生物医药等领域得到了广泛的应用，并展现出良好的应用前景。例如纳米