碳纳米管及碳纳米纤维

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碳纳米材料概述

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。

碳纳米纤维的特点及应用领域

碳纳米纤维的特点及应用领域

棉副产品综合利用碳纳米纤维的特点及应用领域■张晓军〔塔城地区纤维检验所,新疆乌苏833000〕碳纳米纤维具有较大的比表面积、孔径小、较好 的吸附性能,其碳纳米管、活性炭等在污水处理方面 应用较广泛。

碳纳米纤维(CNFs)强度高、密度低、比表面积大,吸附性和导电性都很强。

利用静电纺 丝技术制备的CNFs不仅有上述特点,经高温碳化制 备的CNFs还具有品质高、长径比高等优点,在各领 域的应用前景很广阔。

本文利用CNFs的高比表面 积和强导电性制备CNFs复合纳米材料,是复合纳米 材料的一个重要研究方向。

随着工业的发展,我们 生存的环境不断遭到破坏,如何便捷有效地治理污 染成为科学界研究的重点方向之_。

利用光催化的 方法能在反应条件较宽松的环境下把各种有机污染 物还原成无机物,以此为依据的光催化技术可以直 接利用太阳光并且能在室温下完成反应。

半导体光 催化剂价格低廉、光催化效果很好,氧化铈(Ce02) 就是其中的一种,它催化效果好、无毒无害,而且可 以批量生产,吸引了众多科研者的眼球。

利用静电 纺丝法制备聚丙烯腈(PAN)纳米纤维原丝,经过预 氧化和高温碳化过程得到1维碳纳米纤维。

使用浓 硝酸对CNFs的表面进行活化处理,使纤维表面含有 羧基、羟基等官能团,为CNFs基复合纳米材料的制 备提供丰富的生长位点。

将经活化的CNFd乍为模 板材料,用水热法将纳米Ce02成功地与CNFs复合, 制成CNFs/Ce02复合材料。

论文系统地研究了材 料制备过程的各种因素对材料的微观结构、形貌、尺 寸的影响,并对其光催化性能进行了研究。

结果表 明,水热合成过程的前驱体溶液浓度对复合材料体 系中Ce02的负载量、尺寸、分散程度等有重要影响;复合纳米材料在紫外光的照射下降解罗丹明B溶液 时显示了很好的光催化活性。

由于两者的复合,避免了纳米Ce02微粒的聚集,增大了光催化剂与反应 物的接触面积,有效提高了 Ce02的光催化活性;CNFs及时将光生电子导走,延长了光生电子-空穴 对的复合时间,极大地提高了光催化效率。

纳米碳材料要点

纳米碳材料要点

C60的应用
三、纳米碳材料的开展前景
• 目前碳纳米材料的工业化消费还没有完全 解决。虽然纳米管、富勒烯等碳纳米材料 都可以实现量产,但消费富勒烯本钱高、 纳米管的纯化难等技术问题亟待解决。
谢谢!
CNT分类
• 按形态分类
– 普通封口型,变径型,洋葱型,海胆型,竹节型,纺 锤型,念珠型,螺旋型和其他异型等
按石墨烯的层数分类 --单壁碳纳米管〔SWNT〕:只有一个石墨烯层
多壁碳纳米管〔MWNT〕:有两个或两个以上石墨烯层
• 多壁管在开场形成的时候,层与层之间 很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷,因 此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,具有更高的均匀统一性。
• 〔2〕喷淋法 在苯等液体有机化合物中掺入催化 剂,并将含催化剂的混合溶液在外力作用下喷淋 到高温反响室中,制备出纳米碳纤维。喷淋法可 实现催化剂连续喷入,为工业化连续消费提供了 可能,但喷淋过程中催化剂颗粒分布不均匀,难 以到达纳米级形式存在,且存在一定的炭黑。
• 〔3〕气相流动催化法 利用此方法可制备出直径 为50~200 nm的纳米碳纤维,它是直接加热催化
〔4〕电磁性能 在平行于管的轴向外加一磁场时, 通过碳纳米管的磁通量是量子化的,金属筒外加 一平行于轴向的磁场时,金属筒的电阻作为筒内 的磁通量的函数将表现出周期性振荡行为。可以 预计,碳纳米管将取代薄金属圆筒,在电子器件 小型化和高速化的进程中发挥重要作用。
〔5〕储氢性能 由于纳米碳纤维具有独特的孔腔构 造,因此比外表积极大,可以作为多种气体的快 速吸附介质,其储氢数量大大的高过了传统的储 氢系统。
3、纳米碳球〔富勒烯C60〕
• 纳米碳球〔足球烯〕 根据尺寸大小可分为:(1) 富勒烯族系Cn和洋葱碳(具有封闭的石墨层构造, 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。

导电碳纤维 碳纳米管纤维

导电碳纤维 碳纳米管纤维

导电碳纤维碳纳米管纤维导电碳纤维和碳纳米管纤维是两种具有特殊性质的纤维材料,它们在科学研究和工业应用中具有广泛的潜力和重要性。

导电碳纤维是一种具有优异导电性能的纤维材料,而碳纳米管纤维则是由碳纳米管构成的纤维结构。

导电碳纤维由碳纤维和导电添加剂组成,通过特殊的工艺制备而成。

它具有优异的导电性能和机械性能,可以广泛应用于电子、航空航天等领域。

导电碳纤维的导电性能主要由碳纤维中的导电添加剂决定,添加剂的种类和含量对导电性能有着重要影响。

导电碳纤维可以作为导电材料应用于传感器、导电薄膜、导电纤维等领域,广泛用于电子产品和电器设备中。

碳纳米管纤维是由碳纳米管组成的纤维结构,碳纳米管是一种具有特殊结构和性质的纳米材料。

碳纳米管具有优异的导电性能、机械性能和热导性能,具有很高的强度和刚度,同时也具有良好的柔韧性和韧性。

碳纳米管纤维可以通过纺丝、拉伸等工艺制备而成,可以用于制备导电薄膜、导电纤维、导电复合材料等。

碳纳米管纤维在纳米技术、材料科学和工程领域具有重要应用价值。

导电碳纤维和碳纳米管纤维的研究和应用已经取得了很大的进展,但仍然存在一些挑战和问题需要解决。

首先,制备导电碳纤维和碳纳米管纤维的工艺需要进一步优化,提高纤维的导电性能和机械性能。

其次,纤维的成本和规模化生产也是一个重要的问题,需要降低材料的成本并提高生产效率。

此外,导电碳纤维和碳纳米管纤维的应用还需要进一步拓展和研究,以满足不同领域的需求。

总的来说,导电碳纤维和碳纳米管纤维是具有重要应用潜力的纤维材料,它们在电子、航空航天等领域具有广泛的应用前景。

随着科学技术的不断进步和发展,导电碳纤维和碳纳米管纤维的研究和应用将会越来越广泛,为人类社会带来更多的福利和发展机会。

碳纤维化学接枝碳纳米管

碳纤维化学接枝碳纳米管

碳纤维化学接枝碳纳米管碳纤维是一种具有高强度、高模量和低密度的纳米材料,被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑和体育用品等领域。

然而,碳纤维的表面活性羟基较少,对一些化学途径不敏感,使得其与其他材料的复合效果不佳。

为了改善碳纤维的表面活性,一种常用的方法是在碳纤维表面接枝碳纳米管。

碳纳米管是一种具有特殊结构和优异性能的纳米材料,其具有优异的导电、导热和力学性能,因此被广泛应用于能源存储、传感器、催化剂载体等领域。

将碳纳米管与碳纤维复合可以使碳纤维具有更好的导电性和导热性能,同时能够通过碳纳米管的功能化处理,使碳纤维与其他材料的界面粘附性增强,从而提高复合材料的力学性能。

碳纳米管的化学接枝是一种常用的方法,可以通过化学反应将碳纳米管与碳纤维表面的官能团结合,从而实现碳纤维和碳纳米管之间的共价结合。

化学接枝的方法有多种,常用的包括酸碱处理、表面改性剂处理和化学修饰等。

在酸碱处理方法中,可以利用碳纤维表面上的羟基和羧基等官能团与碳纳米管表面上的羟基和羧基发生酯化反应,从而实现碳纤维和碳纳米管的连接。

例如,可以将碳纤维表面浸泡在硫酸和硝酸混合液中,使其表面形成羧基,并将其与碳纳米管表面上的羟基反应,生成酯键连接。

表面改性剂处理方法是通过在碳纤维和碳纳米管表面引入相互吸附的表面改性剂,在改性剂的作用下,碳纤维和碳纳米管之间形成物理吸附力,从而实现二者的连接。

例如,可以在碳纤维和碳纳米管表面引入季铵盐类表面改性剂,通过静电作用使碳纤维和碳纳米管之间相互吸附。

化学修饰方法是通过在碳纤维和碳纳米管表面引入活性官能团,使其与碳纤维和碳纳米管表面上的官能团发生化学反应,从而实现碳纤维和碳纳米管的共价连接。

例如,可以在碳纤维表面引入双极性功能化剂,使其与碳纳米管表面上的官能团发生亲和反应,并形成共价键连接。

综上所述,碳纤维化学接枝碳纳米管是一种有效的方法,可以改善碳纤维的表面活性,使其与其他材料的复合效果更佳。

通过酸碱处理、表面改性剂处理和化学修饰等多种方法,可以实现碳纤维和碳纳米管的连接,从而得到具有优异性能的复合材料。

发热纳米材料

发热纳米材料

发热纳米材料
发热纳米材料是指具有发热性能的纳米级材料,主要应用于保暖、保健、医疗等领域。

发热纳米材料根据其发热原理可以分为两类:一类是光热转换材料,利用太阳光或其他光源照射材料,将光能转化为热能,这类材料主要包括碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯等;另一类是电热材料,利用材料在电场作用下的电阻发热效应产生热量,这类材料主要包括金属纳米线、碳纳米管、石墨烯等。

发热纳米材料具有许多优点,如体积小、重量轻、发热均匀、安全性高等。

同时,它们还可以与其他材料复合,实现智能保暖、抗菌除臭、远红外保健等功能。

在医疗领域,发热纳米材料可以用于治疗感冒、关节炎等疾病,缓解疼痛和不适感。

目前,发热纳米材料的应用还处于探索和开发阶段,其市场前景广阔。

随着科技的不断发展,发热纳米材料的应用领域将越来越广泛,为人们的生活带来更多的便利和舒适。

碳纳米材料

碳纳米材料
(1)性能:
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碳纳米管的应用潜力
高性能纤维、复合材料 高导电、高导热纤维/复合材料 抗冲击防护材料 电磁屏蔽 锂电/超电容储能和电极材料 吸附和过滤材料 用于:航空航天、军工、能源、环境、机械、电子、生活
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石墨烯
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20世纪70年代,Clar等利用化学方法合 成一系列具 有大共轭体系的化合物,即 石墨烯片。
Schmidt等科学家对其方法进行改进,合 成了许多含不同边缘修饰基团的石墨烯 衍生物,但这种方法不能得到较大平面 结构的石墨烯。
2004年,Geim等以石墨烯为原料,通过
微机械力剥离法得到一系列叫作二维原
子晶体的新材料——“石墨烯
(graphene)”
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石墨烯中各个碳原子之间的连接十分柔韧,当对其施加 外部机械力时,碳原子面就会弯曲变形,从而使碳原子 不必重新排列来适应这个外力,就保持了该材料结构的 稳定性。
同时,这种稳定的晶体结构也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。
石墨烯因具有高的比表面积、突出的导热性能和力学性 能及其非凡的电子传递性能等一系列优异的性质。
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石墨烯独特的性能与其电子能带结构紧密相关。石墨烯 电子能带结构以独立碳原子为基,将周围碳原子产生的 势作为微扰,可以用矩阵的方法计算出石墨烯的能级分 布。在狄拉克点附近展开,可得能量与波矢呈线性关系 (类似于光子的色散关系),且在狄拉克点出现。这意 味着在费米面附近,石墨烯中电子的有效质量为零,这 也解释了该材料独特的电学等性质。
碳纳米材料
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碳纳米简介
碳纳米材料的含义:
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。

先进碳材料在半导体中的应用

先进碳材料在半导体中的应用

先进碳材料在半导体中的应用碳材料是一种新型先进材料,近年来其在半导体中的应用越来越广泛,被广泛研究和应用。

碳材料的物理、化学和电学特性都很独特,为其在半导体中应用提供了很好的基础。

一、碳材料在半导体中的应用1.载流子传输:由于碳材料非常柔韧,因此可以自由地传输电荷载流子,使得碳材料可以极快地将电子从半导体中传输出来。

2.提高半导体性能:当碳材料存在于半导体中时,可以极大地提高半导体的响应速度和灵敏度,精度和amplifier音质。

3.减少功耗:利用碳材料在半导体中的特性,可以帮助半导体减少功耗。

4.加速晶体管的速度:碳纳米管和碳纤维可以替代半导体中的硅来制造晶体管,能够加速晶体管的速度。

二、碳纳米管在半导体中的应用碳纳米管是一种著名的碳材料,可以广泛应用于半导体中。

碳纳米管可以用于制作场效应晶体管(FET)、量子点(FQD)、电感元件和储存器等。

1.碳纳米管的场效应晶体管碳纳米管可以制作出场效应晶体管,其通过半导体器件的电子来控制电荷载流子,并通过控制通量,从而实现微调控制。

2.碳纳米管的量子点碳纳米管可以使量子点产生功效,从而可以存储和输出信息。

3.碳纳米管电感元件和储存器碳纳米管可以被用于制造电感元件和储存器。

三、碳材料应用中的一些挑战在碳材料中的应用,有一些挑战需要面对。

1.制备的复杂度:制备纯净的碳材料是非常困难的,因为它需要多种技术、设备和材料来处理。

2.价格:因为碳材料在当前仍然是一种新材料,因此其价格相对于其他材料来说还是比较高的。

3.材料耐久性:碳材料由于其柔性,因此它相对于其他材料来说要更容易被磨损和损坏。

总之,碳材料在半导体中的应用可以极大地提高电子器件的性能。

然而,作为一种新型材料,碳材料仍然存在一些挑战和缺陷,这需要我们在实际应用中需要注意。

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碳纳米管及碳纳米纤维
碳纳米管和碳纳米纤维不是一回事,联系是它们都属于纳米级的碳材料。

碳纳米管作为一维纳米材料,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。

碳纳米管,又名巴基管,是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级,轴尺寸为微米量级,管子两端基本上都封口)的一维量子材料。

碳纳米管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0.34nm,直径一般为2~20nm。

并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。

其中螺旋型的碳纳米管具有手性,而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。

碳纳米纤维:是指直径为纳米尺度而长度较大的具有一定长径比的线状材料,此外,将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改性的纤维也称为纳米纤维。

狭义上讲,纳米纤维的直径介于1nm到100nm之间,但广义上讲,纤维直径低于1000nm的纤维均称为纳米纤维。

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