纳米碳材料--富勒烯
富勒烯（Fullerene）是一种球状的碳化合物，与石墨、金刚石一样，是碳的同素异形体。Kroto,Smalley和Curl等人首次观察到了C60的结构，并共同获得了1996年的诺贝尔化学奖。随后，人们又发现了C60簇分子C28、C34、C70、C84、C90、C120等，学术界将这种笼状碳原子簇统称为富勒烯。
结构特点
最常见的富勒烯C60独特的分子结构决定了其具有独特的物理化学性质，富勒烯的60个P轨道构成的大π键共轭体系使得它兼具有给电子和受电子的能力。C60是特别稳定的芳香族分子，C-C单键和C=C双键交替相接，整个碳笼表现出缺电子性，可以在笼内、笼外引入其它原子或基团。
C60富勒烯VS C70富勒烯分子结构
C60能发生一系列化学反应，如亲核加成反应、自由基加成反应、光敏化反应、氧化反应、氢化反应、卤化反应、聚合反应以及环加成反应等。据报道迄今为止环加成反应在所有富勒烯化学修饰反应中是最多的, 由此可以合成多种类型的富勒烯衍生物。
应用领域
富勒烯的应用领域
富勒烯是一种卓越的电子受体，具有n型半导体的特性，作为电子载体的有机电子材料广泛应用于各种研究中。由于未经修饰的富勒烯溶解性较差，而通过化学反应引入溶解性高的官能团，可以制备出可溶液加工的电子材料。比如，苯基-C61-丁酸甲酯([60]PCBM(P121601)和茚-C60二加合物([60]ICBA(I157576))都是有效的n型有机半导体，且与p型共轭聚合物混合后，可以用来制造有机太阳能电池(OPV)。另外，富勒烯衍生物也曾应用在有机晶体管中。
碳纳米材料简介
碳纳米材料简介 第一章碳纳米材料简介 碳元素 碳在元素周期表中排第六位，是自然界分布非常广泛的元素，也是目前最重要、最使人着迷的元素之一。尽管它在地壳中含量仅为0.027%，但是对一切 生物体而言，它是最重要且含量最多的元素，人体中碳元素约占总质量的18%碳元素是元素周期表中IV A族中最轻的元素。它存在三种同位素：12C、13C、14c。 碳单质有多重同素异形体，他是迄今为止人类发现的唯一一种可以从零围到三维都稳定存在的物质。如零维的富勒烯( fullerenes )，一维的碳纳米管(carb on nano tubes )，二维的石墨烯(graphe ne)，三维的金冈寸石(diam ond) 和石墨(graphite )等。 碳纳米材料 富勒烯 富勒烯是指完全由碳原子组成的具有空心球状或管状结构的分子。1985年, Kroto，Smalley和Curl在美国莱斯大学发现了第一个富勒烯分子一一C6。。这一发现使得他们赢得了1996年的诺贝尔化学奖。G。由60个原子组成，包含20个六元环和12个五元环。这些环平面堆积在一起的方式和足球的表面结构一样，因此也也被称为足球烯。从那以后，不同分子质量和尺寸的富勒烯纷纷被制备出来。G。的发现和研究开启了对碳元素和碳纳米材料广泛、深入研究的新时代，对纳米材料科学和技术的发展起到了极大的推动作用。 由于其独特的结构，富勒烯同时具有芳香化合物和缺电子烯烃的性质，表现出很多
优良的物理和化学性质(表1-1 ) 表 60的一些基本物理和化学性质 碳纳米管（carbon nano tubes ）是由碳原子形成的管状结构分子，包括单壁碳纳米管（single-walled carbon nanotubes,SWNTs）和多壁碳纳米管（multi-walled carbon nano tubes ，MWNTs其直径从几百皮米到几十纳米， 而长径比可以上万。碳纳米管是前最重要的一维纳米材料之一。 虽然对碳纳米管发现的确切时间存在争议，但公认碳纳米管从1991年才引 起了科学界的广泛兴趣。1991年日本的Iijima 在研究富勒烯的制备过程中由于电弧产物中发现了多壁碳纳米管，并利用透射电镜证实了它的存在。随后在1993 年，他又发现了单壁碳纳米管，与此同时，Bethune等也独立观察到了单壁碳纳米管。 单壁碳纳米管可看成是由一层石墨烯沿一定角度卷曲而成的管状结构（图 1-1 ）。根据卷曲角度的不同，可以形成具有不同手性和直径的碳纳米管，因此常用两个整数（n,m）表征单壁碳纳米管的结构。当m=0时，该类单壁碳纳米管 被称为锯齿形（zigzag ）单壁碳纳米管；当n=m时，该类单壁碳纳米管被称为扶手椅形 （armchair ）单壁碳纳米管；其他的均被称为手性（chiral ）碳纳米管。单壁碳纳米管 的直径可以通过两个指数算出来。
富勒烯介绍
富勒烯的发现、特性、结构极其应用 化学与材料科学学院化学专业0501班吴铭 摘要：长期以来，人们只知碳的同素异形体有三种：金刚石,石墨和无定形碳。自1985年发现了巴基球，1991年1992年又相继发现了巴基管（碳纳米管）和巴基葱，碳有了第四种同素异形体富勒烯，于是人们便开始了对其结构与特性的研究，并广泛应用。本文综述了富勒烯的发现、特性、结构极其应用。 关键词：富勒烯结构特性应用 目前为止，碳的同素异形体已被发现四种：金刚石，石墨，不定形碳和富勒烯。其中，人们对前三种应该早就熟知了，而对于最后一种恐怕大多人知知甚少。巴基球，巴基管和巴基丛统称富勒烯。以下则介绍富勒烯的发现特性，结构极其应用。 一．发现 (一) 巴基球的发现 英国萨塞克斯大学的波谱学家克罗托(h.w.kvoto)在研究星际空间暗云中含碳的尘埃时，发现此尘埃中有氰基聚分子，克罗托很想研究该分子形成的机制，但没有相应的设备.1984年克罗托赴美参加陂得萨斯州奥斯汀举行的学术会议，并到莱斯大学参观，现该校化学系系主任科生(R.F.cuv.jv)教授介绍，认识了研究原子簇化学的斯莫利教授，观看了斯莫利和他的研究生用他们设计的激光超团簇发生器，在氦气中用激光使碳化硅变成蒸汽的实验，克罗托对这台仪器非常感兴趣，这正是所渴求的仪器。三位科学家优异合作并安排在1985年8月到9月间进行合作研究。是时，他们用功率激光轰击石墨，使石墨中的碳原子汽化，用氮气流把气态碳原子送入真空室。迅速冷却后形成碳原子簇，再用质谱仪检测。他们解析质谱图后发现，该实验产生了含不同碳原子数的原子簇。其中相当于60个碳原子，质量数落在720处的信号最强，其次是相当于70个碳原子，质量数为840处的信号最强。说明C60是相对稳定的原子簇分子。(图1) (二) 巴基管和巴基丛的发现 1991年日本NFC公司的电镜专家饭岛博士，在氮气直流电弧放电后的阴极棒上发现了管状的结构的碳原子簇，直径约几纳米，成为碳纳米管（Cerbonnanofubes），又称巴基管（Buckytabes）。碳纳米管也是典型的富勒烯，可以有单层和多层之分，多层管则由几个或几十个单层管回轴套叠而成．想另管距为0。34nm与石墨层检举0。335nm相近．饭岛发现，如果巴基管全由方边形碳环组成，该管是不封闭的，可以向两端伸长;如果在管子两端有五边形，会将巴基管末端封闭。(图4) 1992年瑞士联邦大学的D.vgarte年人用高强度电子来对碳棒长时间照射，发现了多层相套的巴基球，结构像洋葱(Buckyonlons)。巴基葱的层面可达70多层。(图5) 二．结构及特性 (一)结构
新型碳材料
新型碳材料 一．碳材料基础 碳作为生命组织的基本组成之一存在于所有有机材料和所有碳基高分子中。纯的碳很早以前就是重要的无机材料之一。碳有4种同素异形体：石墨、金刚石、富勒烯、卡宾碳，它们各有各自不同的特点及应用，总的来说它们几乎涵盖所有科学家及工程师所需要的特点。例如：石墨是最软的材料之一（显微硬度1GPa），通常用来作为固体润滑剂；金刚石是最硬的材料（显微硬度100GPa），通常作为切割工具；碳纳米管拥有与铜或硅相媲美的导电性。 传统碳材料(Classic Carbons) ?木炭，竹炭(Charcoals) ?活性炭(Activated carbons) ?炭黑(Carbon blacks) ?焦炭(Coke) ?天然石墨（Natural graphite）?石墨电极，炭刷 ?炭棒，铅笔新型碳材料(New Carbons) ?金刚石(Diamond) ?炭纤维(carbon fibers) ?石墨层间化合物(Graphite Intercalation compounds) ?柔性石墨(Flexible graphite) ?核石墨（Nuclear graphite）?储能用炭材料 ?玻璃炭（Glass-like carbons） 其中新型碳材料包含纳米碳材料：富勒烯、碳纳米管、纳米金刚石、石墨烯。二．新型碳材料 1.金刚石 自然界最硬的固体，有天然和人造两类。 钻石就是我们常说的金刚石,它是一种由纯碳组成的矿物。金刚石是自然界中最坚硬的物质，因此也就具有了许多重要的工业用途，如精细研磨材料、高硬切割工具、各类钻头、拉丝模。还被作为很多精密仪器的部件。 金刚石化学性质稳定，具有耐酸性和耐碱性，高温下不与浓HF 、HCl、HNO3作用，只在Na2CO3、NaNO3、KNO3的熔融体中，或与K2Cr2O7和H2SO4的混合物一起煮沸时，表面会稍有氧化；在O、CO、CO2、H、Cl、H2O、CH4的高温气体中腐蚀。 2.碳纤维 碳纤维（carbon fiber），顾名思义，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。 碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。 化学性质：碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。其中含碳量高于99%的称石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及
新型碳材料及其应用
谈谈新型碳材料及其应用
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。 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
碳材料领域专家盘点(石墨烯及碳纳米材料)
究员，博士生导师 主要从事新型强润一体化以及耐磨蚀 薄膜材料及其航空航天和船舶领域应用研究工作。 前不久 碳材料领域专家盘点（石墨烯及碳纳米材料） 本文为大家主要盘点石墨烯及碳纳米材料领域的部分 专家， 供大家参考， 排名不分先后， 如有遗漏欢迎补充指正。 Andre Geim 石墨烯发现者、 2010 年诺贝尔奖获得者、 欧 学院院士、北京大学化学与分子工程学院教授、北京石墨烯 以及电化学研究。发展了纳米碳材料的化学气相沉积生长方 法学，建立了精确调控碳纳米管、石墨烯等碳材料结构的系 列生长方法，发明了碳基催化剂、二元合金催化剂等新型生 长催化剂，提出了新的碳纳米管 “气 -固”生长模型等。 斌 香港中文大学电子工程系教授，材料科学与技术研究 及光电子材料与器件探讨；纳米技术在固态电子材料和器件 其所在团队成功突破石墨烯改性防腐涂料研发及应用的技盟石墨烯旗舰计划战略委员会主任。 刘忠范 中国科 研究院院长 主要从事低维材料与纳米器件、分子自组装 兆平 中科院宁波材料所高级研究员，博士生导师 要从事石墨烯和动力锂离子电池及其材料技术等。 许建 中心主任 主要从事石墨烯及新型二维固态半导体电子 中的应用（如扫描探针显微术和近场显微术， 纳米材料和 器件构筑与表征）等。 王立平 中科院宁波材料所研
术瓶颈，开发出拥有自主知识产权的新型石墨烯改性重防腐 主要研究方向有三维碳烯的拓扑 Node-Line 物 性；结构与高压相变；表面吸附与重构；金属的高温非谐效 子晶体材料的制备、物性与应用：高质量石墨烯及其宏观体 材料的 CVD 控制制备； 高品质石墨烯的化学法规模化制备； 石墨烯在锂离子电池和超级电容器方面的应用；石墨烯在柔 性光电器件和储能器件方面的应用探索；石墨烯在热管理、 法（CVD ）生长石墨烯薄膜与其它二维原子层材料、石墨烯 /高分子复合材料、 三维石墨烯结构、 以及在热管理、 传感器、 材料研究，合成水溶和油溶可加工石墨烯研究，基于石墨烯 的二维纳米能源材料和电子器件研究，基于石墨烯电极材料 在太阳能电池和场效应晶体管器件的应用研究，可控纳米结 构功能碳材料、 有机 /无机杂化材料的设计合成及其在能源储 存和转化的应用研究（主要基于超级电容器，锂离子电池， 涂料等。 王建涛 中国科学院物理研究所研究员，博 士生导师 应等理论计算研究等。 任文才 中国科学院金属研究 所研究员，博士生导师 主要研究方向为石墨烯等二维原 功能涂层、复合材料等方面的规模应用等。 林正得 中科院宁波材料所研究员 主要研究方向：化学气相沉积 能源领域的应用等。 冯新亮 海交通大学化学化工 学院教授 德国德累斯顿工业大学首席教授 主要从 事二维纳米石墨烯的合成研究， 宏量制备高质量二维石墨烯
富勒烯
富勒烯 富勒烯（Fullerene) 是一种碳的同素异形体.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, 都可以被叫做富勒烯. 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. C60是于1985年由Rich ard Buckminster Fuller发现的第一个富勒烯, 又被称为足球烯. 这是因为C60的表面结构与足球完全一致. 富勒烯这个名称也由Fuller 而来, 而我们一般用Buckm inster fullerene 指足球烯. 性质 密度和溶解性 C60的密度为cm。 C60不溶于水，在正己烷、苯、二硫化碳、四氯化碳等非极性溶剂中有一定的溶解性。 导电性 碳原子本具有导电性，而C60分子的导电性优于铜，重量只有铜的六分之一，一个巴克球分子相当于一纳米，可谓极微小，它的导电性来自奇特的分子结构并非靠其他原子，可见不久的将来人类世界将诞生非金属电缆、非金属电路板...等富勒烯产品。 结构
克罗托受建筑学家理查德·巴克明斯特·富勒（RichardBuckminsterFuller，18 95年7月12日~1983年7月1日）设计的美国万国博览馆球形圆顶薄壳建筑的启发，认为C60可能具有类似球体的结构，因此将其命名为buckminster fullerene（巴克明斯特·富勒烯，简称富勒烯）。 富勒烯是一系列纯碳组成的原子簇的总称。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。现已分离得到其中的几种，如C60和C70等。在若干可能的富勒烯结构中C60，C240，C540和直径比为1:2:3。C60的分子结构的确为球形32面体，它是由60个碳原子以20个六元环和12个五元环连接而成的具有30个碳碳双键（C=C）的足球状空心对称分子，所以，富勒烯也被称为足球烯。球体直径约为710pm，即由12个五边形和20个六边形组成。其中五边形彼此不相联接只与六边形相邻。与石墨相似，每个碳原子以sp2杂化轨道和相邻三个碳原子相连，剩余的p轨道在C60分子的外围和内腔形成π键。 (补充：C60双键数的计算方法 由于每个孤立的碳原子周围有三个键（一个双键，两个单键）。而每个键却又是两个碳原子所共有，因此棱数=60×3×（1/2）=90 由于单键数+双键数=总棱边数单键数=2×双键数（即单键数为双键数的2倍）设单键数为a个，双键数为b个，则 a+b=90 a=2b 所以b=30） 其他
碳纳米材料概述
碳纳米材料概述 名字：唐海学号：1020560120 前言 纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种原子（非碳原子）组成，甚至可以是纳米孔。纳米碳材料主要包括三种类型：碳纳米管，碳纳米纤维，纳米碳球。 近年来，碳纳米技术的研究相当活跃，多种多样的纳米碳结晶、针状、棒状、桶状等层出不穷。2000年德国和美国科学家还制备出由20个碳原子组成的空心笼状分子。根据理论推算，包含20个碳原子仅是由正五边形构成的，C60分子是富勒烯式结构分子中最小的一种，考虑到原于间结合的角度、力度等问题，人们一直认为这类分子很不稳定，难以存在。德、美科学家制出了C60笼状分子为材料学领域解决了一个重要的研究课题。碳纳米材料中纳米碳纤维、纳米碳管等新型碳材料具有许多优异的物理和化学特性，被广泛地应用于诸多领域。 分类 (1)碳纳米管碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，一般可分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和双壁碳纳米管。 (2)碳纤维分为丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维两种。碳纤维质轻于铝而强力高于钢，它的比重是铁的1／4，强力是铁的10倍，除了有高超的强力外，其化学性能非常稳定，耐腐蚀性高，同时耐高温和低温、耐辐射、消臭。碳纤维可以使用在各种不同的领域，由于制造成本高，大量用于航空器材、运动器械、建筑工程的结构材料。美国伊利诺伊大学发明了一种廉价碳纤维，有高强力的韧性，同时有很强劲的吸附能力、能过滤有毒的气体和有害的生物，可用于制造防毒衣、面罩、手套和防护性服装等。 (3)碳球根据尺寸大小将碳球分为：(1)富勒烯族系Cn和洋葱碳(具有封闭的石墨层结构，直径在2—20nm之间)，如C60，C70等；(2)未完全石墨化的纳米碳球，直径在50nm 一1μm之间；(3)碳微珠，直径在11μm以上。另外，根据碳球的结构形貌可分为空心碳球、实心硬碳球、多孔碳球、核壳结构碳球和胶状碳球等。 碳纳米材料的性质及相关应用 1.力学 (1)超强纤维碳纳米管具有弹性高、密度低、绝热性好、强度高、隐身性优越、红外吸收性好、疏水性强等优点，它可以与普通纤维混纺来制成防弹保暖隐身的军用装备。 (2)材料增强体用于增强金属、陶瓷和有机材料等。并且结合碳纳米管的导热导电特性，能够制备自愈合材料。
碳纳米材料简介
神奇的碳材料 、 摘要：碳元素作为地球上丰富的元素之一，其性质多样，应用广泛。对碳材料的研究有着深远的意义与价值。近年来，碳材料的研究相当活跃，出现了多种多样的新型碳材料。其中包括石墨烯、富勒烯等，这些新型的碳材料具有许多优异的物理和化学特性，被广泛地应用于诸多领域。 关键词：石墨烯、富勒烯、碳纳米管、应用 石墨烯【1】 在2004年，英国的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃塞洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。而后制得是摩西的方法多种多样。 石墨烯是一种二维晶体，最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”(electric charge carrier)，的性质和相对论性的中微子非常相似。人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨 石墨烯特性 （1）比钻石还要坚硬 科学家发现了一些只有100分之一头发丝宽度的石墨烯薄片后，他们就开始使用原子尺寸的金属和钻石探针对它们进行穿刺，从而测试它们的强度。让科学家震惊的是，石墨烯比钻石还强硬，它的强度比世界上最好的钢铁还高100倍
石墨烯是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的碳单质，结构非常稳定。其完美的晶格结构，常被误认为很僵硬，但事实并非如此。石墨烯各个碳原子间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形。这样，碳原子就不需要重新排列来适应外力，这也就保证了石墨烯结构的稳定，使得石墨烯比金刚石还坚硬，同时可以像拉橡胶一样进行拉伸。这种稳定的晶格结构还使石墨烯具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于其原子间作用力非常强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中的电子受到的干扰也非常小。 （2）在室温下传递电子的速度比已知导体都快。 其导电电子不仅能在晶格中无障碍地移动，而且速度极快，远远超过了电子在金属导体或半导体中的移动速度。 总结一下特性：石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，它在室温下传递电子的速度比已知导体都快。 石墨烯应用前景 一、晶体管、触摸屏、基因测序 石墨烯可以应用于晶体管、触摸屏、基因测序等领域，同时有望帮助物理学家在量子物理学研究领域取得新突破。中国科研人员发现细菌的细胞在石墨烯上无法生长,而人类细胞却不会受损。利用这一点石墨烯可以用来做绷带,食品包装甚至抗菌T恤。用石墨烯做的光电化学电池可以取代基于金属的有机发光二极管,因石墨烯还可以取代灯具的传统金属石墨电极,使之更易于回收。 这种物质不仅可以用来开发制造出纸片般薄的超轻型飞机材料、制造出超坚韧的防弹衣，甚至能让科学家梦寐以求的2.3万英里长太空电梯成为现实。 二、代替硅生产超级计算机
纳米碳材料
纳米碳材料 (昆明理工大学，云南省昆明市，邮编650000) 1.纳米碳材料简介 纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种原子（非碳原子）组成，甚至可以是纳米孔。纳米碳材料主要包括三种类型：碳纳米管，碳纳米纤维，纳米碳球。 2.碳纳米材料分类 2.1碳纳米管 碳纳米管具有典型的层状中空结构特征,构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。管身由六边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形多壁结构。是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。它主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约为0.34nm，直径一般为2～20nm。 碳纳米管按照石墨烯片的层数分类可分为：单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）和多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs），多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。与多壁管相比，单壁管是由单层圆柱型石墨层构成，其直径大小的分布范围小，缺陷少，具有更高的均匀一致性。单壁管典型直径在0.6-2nm，多壁管最内层可达0.4nm，最粗可达数百纳米，但典型管径为2-100nm。碳纳米管依其结构特征可以分为三种类型：扶手椅式纳米管，锯齿形纳米管和手型纳米管。 2.2 碳纤维 碳纤维（carbon fiber），顾名思义，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量为230-430Gpa亦高于钢。 碳纤维分为丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维两种。碳纤维质轻于铝而强力高于钢，它的比重是铁的1/4，强力是铁的10倍，除了有高超的强力外，其化学性能非常稳定，耐腐蚀性高，同时耐高温和低温、耐辐射、消臭。碳纤维可以使用在各种不同的领域，由于制造成本高，大量用于航空器材、运动器械、建筑工程的结构材料。 2.3 碳球 球碳，原名富勒烯（Fullerene，又译作福乐烯），又名巴基球或巴克球
富勒烯
富勒烯
班级： 学号： 姓名： 富勒烯材料 前言： 富勒烯（Fullerene) 是一种碳的同素异形体。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，都可以被叫做富勒烯。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。1985年Robert Curl等人制备出了C60。1989年，德国科学家Huffman和Kraetschmer 的实验证实了C60的笼型结构，从此物理学家所发现的富勒烯被科学界推向一个崭新的研究阶段。富勒烯的结构和建筑师Fuller的代表作相似，所以称为富勒烯。 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·斯莫利在莱斯大学制备出了第一种富勒烯，即富勒烯分子，因为这个分子与建筑学家巴克明斯特·富勒的建筑作品很相似，为了表达对他的敬意，将其命名为巴克明斯特·富勒烯。饭岛澄男早在1980年之前就在透射电子显微镜下观察到这样洋葱状的结构。自然界也是存在富勒烯分子的，2010年科学家们通过史匹哲太空望远镜发现在外太空中也存在富勒烯。“也许外太空的富勒烯为地球提供了生命的种子”。 在富勒烯的发现之前，碳的同素异形体的只有石墨、钻石、无定形碳（如炭黑和炭），它的发现极大地拓展了碳的同素异形体的数目。巴基球和巴基管独特的化学和物理性质以及在技术方面潜在的应用，引起了科学家们强烈的兴趣，
尤其是在材料科学、电子学和纳米技术方面。 命名 很像足球的球型富勒烯也叫做足球烯，或音译为巴基球，中国大陆通译为 富勒烯，台湾称之为球碳，香港译为布克碳；偶尔也称其为芙等；管状的叫做 碳纳米管或巴基管。富勒烯的中文写法有三种，以C 60为例，第一种是标准的写 法，即[60]富勒烯；第二种为碳60，60也不用下标，这是中文专用的写法；第 三种为C 60，与英文一致。 历史： 早在1965年，二十面体C 60H 60被认为是一种可能的拓扑结构。20世纪60年代 科学家们对非平面的芳香结构产生了浓厚的兴趣，很快就合成了碗状分子碗烯。 日本科学家大泽映二想到，也许会有一种分子由sp 杂化的碳原子组成，比如将 几个碗烯拼起来的共轭球状结构，实现三维芳香性。[4]他开始研究这种球状分 子，不久他得出这种结构可以由截去一个二十面体的顶角得到，并称之为截角 二十面体，就像足球的拼皮结构那样；他还预言了C n H n 分子的存在。大泽虽然在 1970年就预言了C 60分子的存在，但遗憾的是，由于语言障碍，他的两篇用日文 发表的文章并没有引起人们的普遍重视，而大泽本人也没有继续对这种分子的 研究，因而使得C 60的发现已经是15年以后的事了。 1970年汉森设计了一个C 60的分子结构，并用纸制作了一个模型。然而这种 碳的新形式的证据非常弱，包括他的同事都无法接受。因此这个结果并没有发 表，不过《碳》期刊在1999年确认了这个结果。富勒烯的第一个光谱证据是在 1984年由美国新泽西州的艾克森实验室的罗芬考克斯和科多发现的，当时他们 使用由莱斯大学理查德·斯莫利设计的激光汽化团簇束流发生器，用激光汽化 蒸发石墨，用飞行时间质谱发现了一系列C n （n=3，4，5，6）和C 2n （n>=10）的 峰，而相距较近的C 60和C 70的峰是最强的不过很遗憾，他们没有做进一步的研究， 也没有探究这个强峰的意义。1985年，英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博 士和美国赖斯大学的科学家理查德·斯莫利、海斯、欧布莱恩和科乐等人在氦 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 C 60。富勒烯的主要发现者们受建筑学家巴克敏斯特·富勒设计的加拿大蒙特利
富勒烯光催化
富勒烯光催化 富勒烯介绍 富勒烯是由碳原子构成的分子，具有球形结构，由于其独特的化学和物理性质，成为了材料科学和化学领域的研究热点。它的发现不仅在化学领域引起了广泛的兴趣，还在其他领域，如光催化中发挥了重要作用。 光催化的原理 光催化是一种利用光能驱动化学反应的方法。在光催化过程中，光能被吸收并转化为激发态电子，然后这些激发态电子参与化学反应。富勒烯作为光催化剂可以通过吸收光能产生激发态电子，并将其转移给其他物质，从而促进化学反应的发生。 富勒烯的光催化应用 1. 水分解制氢 富勒烯可以作为光催化剂促进水的光解反应，将水分解为氢气和氧气。这种光催化水分解制氢的方法具有高效、环保的特点，可以成为未来清洁能源的重要来源之一。 2. 有机物降解 富勒烯作为光催化剂可以促进有机物的降解反应，将有害的有机污染物转化为无害的物质。这对于环境保护和水处理等领域具有重要意义。 3. 空气净化 富勒烯光催化剂可以吸收空气中的有害气体，如二氧化硫、氮氧化物等，并将其转化为无害的物质，从而实现空气净化的目的。 4. 光催化杀菌 富勒烯光催化剂可以通过产生活性氧物种，如羟基自由基和超氧自由基，对细菌和病毒等微生物进行杀灭。这种光催化杀菌方法具有高效、无毒、无副作用的特点，可以应用于医疗、食品加工等领域。 富勒烯光催化的机理 富勒烯光催化的机理主要包括光吸收、电子转移和化学反应三个步骤。 1.光吸收：富勒烯可以吸收可见光和紫外光，将光能转化为激发态电子。 2.电子转移：激发态电子可以从富勒烯转移到其他物质上，如水分子、有机物 分子等。
3.化学反应：转移过来的激发态电子参与化学反应，如水的光解、有机物的降 解等。 富勒烯光催化剂的设计与改进 为了提高富勒烯光催化剂的效率和稳定性，可以从以下几个方面进行设计和改进。 1. 富勒烯结构的改变 通过改变富勒烯的结构，如引入不同的官能团、控制富勒烯的尺寸等，可以调节其吸收光谱和电子转移性质，从而提高光催化性能。 2. 富勒烯与其他材料的复合 将富勒烯与其他材料进行复合，如半导体材料、金属催化剂等，可以改变富勒烯的电子结构和光吸收特性，从而提高光催化效率。 3. 表面修饰 对富勒烯进行表面修饰，如引入金属纳米颗粒、有机分子等，可以调节富勒烯的电子转移性质和光催化活性，提高光催化效果。 4. 富勒烯的载体设计 将富勒烯固载在适当的载体上，如二氧化钛、纳米材料等，可以增加富勒烯的分散性和稳定性，提高光催化剂的寿命和重复使用性能。 结论 富勒烯作为一种重要的光催化剂，具有广泛的应用前景。通过对富勒烯结构的改变、与其他材料的复合、表面修饰和载体设计等方法的研究，可以进一步提高富勒烯光催化剂的效率和稳定性。随着对富勒烯光催化机理的深入理解和对富勒烯材料的不断改进，富勒烯光催化技术有望在环境保护、能源转换、医疗卫生等领域发挥更大的作用。
碳材料介绍
新型碳材料的发展及简介 摘要:碳是世界上含量十分丰富的一种元素。碳材料在人类发展史上起着主导的作用,其应用最为出众的一次是在第二次工业革命。现代科技的发展使得人类又获得了几种新型的碳材料-—碳纳米管、碳纤维、C60、碳素系功能材料等、 关键词:碳材料碳纳米管碳纤维 一、前言 碳是世界上含量及广的一种元素、它具有多样的电子轨道特性(SP、SP２、SP３杂化),再加之SP2的异向性而导致晶体的各向异性和其排列的各向异性,因此以碳元素为唯一构成元素的的碳材料,具有各式各样的性质、在历史的发展中传统的碳材料包括:木炭、竹炭、活性炭、炭黑、焦炭、天然石墨、石墨电极、炭刷、炭棒、铅笔等。而随着社会的发展人们不断地对碳元素的研究又发明了许多新型炭材料:金刚石、碳纤维、石墨层间化合物、柔性石墨、核石墨、储能型碳材料、玻璃碳等。其中新型纳米碳材料有:富勒烯、碳纳米管、纳米金刚石、石墨烯等、 没有任何元素能像碳如此作为单一元素可形成如此多类结构和性质不同的物质,能够说碳材料几乎包括了地球上所有物质所具有的性质,如最硬--最软、绝缘体--半导体--超导体、绝热－良导热、吸光——全透光等。随着时代的变迁和科学的进步,人们不断地发现和利用碳,能够这么说人们对碳元素的开发具有无限的估计性。 自19８9年著名的科学杂志《Ｓciｅnce》设置每年的“明星分子”以来, "相继于1990年和1991年连续两年获此碳的两种同素异构体“金刚石”和“C 60 殊荣,１99６年诺贝尔化学奖又授予发现C 的三位科学家,这些事充分反映了碳 60 元素科学的飞速发展。然而由于碳元素和碳材料具有形式和性质的多样性,从而决定了碳元素和碳材料人有许多不为人们知晓的未开发部分。 二、国内外新型碳材料的发展趋势
碳纳米材料综述资料
碳纳米材料综述 课程：纳米材料 日期：2015 年12 月
碳纳米材料综述 摘要：纳米材料是一种处于纳米量级的新一代材料，具有多种奇异的特性，展现特异的光、电、磁、热、力学、机械等物理化学性能，这使得纳米技术迅速地渗透到各个研究领域，引起了国内外众多的物理学家、化学家和材料学家的广泛关注，也成为当前世界最热门的科学研究热点。物理学家对纳米材料感兴趣是因为它具有独特的电磁性质，化学家是因为它的化学活性以及潜在的应用价值，材料学家所感兴趣的是它的硬度、强度和弹性。毫无疑问，基于纳米材料的纳米科技必将对当今世界的经济发展和社会进步产生重要的影响。因此，对纳米材料的科学研究具有非常重要的意义。其中，碳纳米材料是最热的科学研究材料之一。 我们知道，碳元素是自然界中存在的最重要的元素之一，具有sp、sp2、sp3等多种轨道杂化特性。因此，以碳为基础的纳米材料是多种多样的，包括常见的石墨和金刚石，还包括近几年比较热门的碳纳米管、碳纳米线、富勒烯和石墨烯等新型碳纳米材料。 关键词：纳米材料碳纳米材料碳纳米管富勒烯石墨烯 1．前言 从人类认识世界的精度来看，人类的文明发展进程可以划分为模糊时代（工业革命之前）、毫米时代（工业革命到20世纪初）、微米和纳米时代（20世纪40年代开始至今）。自20世纪80年代初，德国科学家Gleiter提出“纳米晶体材料’，的概念，随后采用人工制备首次获得纳米晶体，并对其各种物性进行系统的研究以来，纳米材料己引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级（通常指1—100 nm）的极细颗粒组成的固体材料。从广义上讲，纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。通常分为零维材料（纳米微粒），一维材料（直径为纳米量级的纤维），二维材料（厚度为纳米量级的薄膜与多层膜），以及基于上述低维材料所构成的固体。从狭义上讲，则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体（体材料与微粒膜）。纳米材料的研究是人类认识客观世界的新层次，是交叉学科跨世纪的战略科技领域[1]。 碳纳米材料主要包括富勒烯、碳纳米管和石墨烯等，是纳米科学技术中不可或缺的材料，从1985年富勒烯(Fullerene) 的出现到1991年碳纳米管(carbon nanotube，CNTs) 的发现，碳纳米材料所具有的独特物理和化学性质引起了国内外研究人员广泛而深入的研究，二十年来取得了很多的成果。2004 年Geim 研究组的报道使得石墨烯( Graphene)成为碳纳米材料新一轮的研究热点，其出现充实了碳纳米材料家族，石墨烯具有由碳原子组成的单层蜂巢状二维结构，由于它只有一个原子的厚度，可以将其视为形成其它各种维度的石墨相关结构碳材料的基本建筑块，石墨烯既可翘曲形成零维的富勒烯及卷曲形成一维的碳纳米管，亦可面对面堆积形成石墨，由于石墨烯具有优异的电学、导热和机械性能及较大的比表面积，因而在储氢材料、超级电容器、高效催化剂及纳米生物传感等方面有着广泛的应用[2]。 2．常见的碳纳米材料
碳纳米管和富勒烯的光电特性和应用
碳纳米管和富勒烯的光电特性和应用 一、碳纳米管的结构性能及应用 （一）碳纳米管的结构 碳纳米管是指由类似石墨的六边形网格组成的管状物，可以看作是石墨片层绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成。管子一般由单层或多层组成，相应的纳米碳管就称为单壁纳米碳管（SWNT和多壁纳米碳管（MWNT）碳纳米管具有典型的层状中空结构特征，构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。管身 由六边形碳环微结构单元组成，端帽部分由含 五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多 边锥形多壁结构。是一种具有特殊结构 （径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量 lEjf- 级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。 它主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约为0.34nm,直径一般为2〜20nm长度可达数微米，因此有较大的长径比。资料表明：碳纳米管的晶体结构为密排 六,c=0.6852nm,c/a=2.786 , 与石墨相比,a值 稍小而c值稍大,预示着同一层碳管内原子间有 更强的键合力，碳纳米管有极高的同轴向强 度。多壁碳纳米管存在三种类型的结构,分别称 为单臂纳米管、锯齿形纳米管和手性形纳米 管。 由于其独特的结构，碳纳米管的研究具 有重大的理论意义和潜在的应用价值，女口：其独特的结构是理想的一维模型材料；巨大的长径比使其有望用作坚韧的碳纤维，其强度为钢的100咅，重量则只有钢的1/6;同时它还有望用作为分子导线，纳米半导体材料，催化剂载体，分子吸收剂和近场发射材料等。 （二）碳纳米管的主要性质及应用 （1）碳纳米管的性质如下：
昆明理工大学材料学院学生大四上学期专业课论文 碳纳米材料
纳米碳材料 课程名称：纳米材料和技术学生姓名：XX 学号：XXXX 班级：XX 日期：20XX年X月X日
纳米碳材料 XX （昆明理工大学，云南省昆明市，650093） 摘要：碳纳米材料具有独特的低维纳米结构、优异的性能和潜在的应用价值。新型纳米材料的碳纳米材料因其本身所拥有的潜在优越性,在化学、物理学及材料学领域具有广阔的应用前景,成为全球科学界各级科研人员争相关注的焦点.。本文在前人研究的基础上对纳米碳材料的发展历史，几种主要纳米碳材料的特性、应用、制备方面做了一些阐述。 关键词：纳米；碳材料；历史；性质；应用；制备；C60；碳纳米管；石墨烯 一概述 碳纳米材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种原子（非碳原子）组成，甚至可以是纳米孔。纳米碳材料主要包括三种类型：碳纳米管，碳纳米纤维，纳米碳球。 碳是自然界中极其丰富的元素之一，也是同素异形体最为丰富的元素之一。金刚石和石墨是被大家所熟知的碳的最常见的两种同素异形体。1985年富勒烯的发现让人们认识了碳家族的一位新成员，并促使人们去发现更多碳的同素异形体。1991年碳纳米管的问世进一步丰富了碳家族，碳纳米管因其优异的电学、力学、热学和物理化学等性能在众多领域都有着潜在的应用前景，在过去的2O年问受到研究者们广泛的关注。2004年石墨烯的发现在完善碳家族成员的同时也将人们对碳纳米材料的研究推向了一个新的高度。 二碳纳米材料的发展历史 人工制备纳米材料的历史有1000多年，如中国古代碳黑制墨，铜镜表面的纳米氧化锡薄膜防锈等，直至胶体化学的建立。从60年代起人们开始自觉地把纳米微粒作为研究对象进行探索，但正式把纳米材料科学作为材料科学一个新的分支公布于世的是在1990年7月于美国巴尔基摩召开的国际第一届纳米科学技术会议上。各种形态的纳米晶体。 作为一类很重要的材料，很早之前，人们就开始了相关领域的研究： 1984年，德国H. Gleiter等首次采用惰性气体蒸发冷凝法制备了具有清洁表面的Fe、Cu、Pd等纳米金属微粉。 。 1985年，美国的R. Smalley和英国的H. Kroto用激光轰击石墨靶发现了C 60 1991年，日本S. Iijima发现多壁碳纳米管。 1988年，法国科学家在纳米Fe/Cr多层膜中发现巨磁电阻效应。1994年IBM用它制作磁记录装置的读出磁头，使磁盘记录密度提高17倍，并于1997年正式实现商品化。 1998年，美国Minnesota和Princeton大学联合制作了量子磁盘。
碳纳米材料的研究进展
碳纳米材料的研究进展 XX 武汉大学化学与分子科学学院 摘要:碳纳米材料是具有纳米尺寸的碳材料，它有纳米材料的特性如表面效应，并且已经在许多领域中有着广泛的应用，如新能源、高效的储存器及各种电子器件。由于碳元素在自然界中丰度大，相对质量小，化学与热力学性质稳定，所以在最近的二十年里碳材料在轻质、稳定结构材料方面有很广泛的应用。尤其像富勒烯、碳纳米管、石墨烯、碳纤维等碳纳米结构材料引起了科学家们的广泛关注。并且这些材料有可能为我们在新能源和高效的微电子器件方面带来革命性的突破。本文将通过最新的研究成果，介绍碳纳米材料在电学器件、光学器件、传感器件等方面的应用，比较说明富勒烯，碳纳米管，石墨烯等材料的潜在应用前景，并对未来石墨烯的研究中的挑战做综述性论述。 关键词：碳纳米材料发展趋势新的研究成果微电子器件 The development of carbon nanomaterials Yang Li College of chemistry and molecular, Wuhan university Abstract:carbon nanomaterials materials, that is, carbon materials with a feature size on the nanometer scale and, in some cases, functionalized surfaces, already play an important role in a wide range of emerging fields, such as the search for novel energy sources, efficientenergy storage, sustainable chemical technology, as well as organic electronic materials. The high natural abundance of carbon, its low specific weight, as well as the chemical and thermal robustness of the different carbon allotropes have resulted in carbon components being increasingly utilized in cheap, lightweight, and durable high-performance materials over the