碳纳米管与石墨烯优秀课件
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《碳纳米管》PPT课件
分类：
离子液体修饰碳纳米管 、表面活性剂 （十二 烷基磺酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠 (SDBS) ）、聚间亚苯基亚乙烯（PmPV） 等
4 碳纳米管的基本性质
（1）力学性能：sp2杂化形成的C=C共价键是自然界 最强的价键之一，赋予碳纳米管极强的强度、韧性 及弹性模量，使碳纳米管具有优异的力学性能。由 于碳纳米管的纳米尺度和易缠绕的特点，直接用传 统实验方法测量其力学性能比较困难，因此最初对 碳纳米管力学性能的研究集中在理论预测上。
当今世界公开报道高质、高效、连续大批 量工业化生产碳纳米管的实例：沸腾床催化法、 化学气相沉积法
碳纳米管结构示意图
(A) 椅形单壁碳纳米管 (B) Z字形单壁碳纳米管 (C) 手性单壁碳纳米管 (D) 螺旋状碳纳米管 (E) 多壁碳纳米管截面图
（方A）法电和弧设放备电都法较：相其似方。法阴及极设采备用与厚制约备10Ｃmm60的， 直径约为30mm的高纯高致密的石墨片，阳极 采用直径约为6mm的石墨棒，整个系统保持 在气压约104Pa的氦气气氛中，放电电流为50 Ａ左右，放电电压20Ｖ。通过调节阳极进给速 度，可以保持在阳极不断消耗和阴极不断生长 的同时，两电极的放电端面距离不变，从而可 以得到大面积离散分布的碳纳米管，同时还可 能产生碳纳米微粒。
(D)激光法
机理:与电弧放电法类似，主要是将一根金属催化剂/ 石墨混合的石墨靶放置于一长形石英管中间，该管 则置于一加热炉内。当炉温升至1200℃时，将惰性 气体充入管内，并将一束激光聚焦于石墨靶上。石 墨靶在激光照射下将生成气态碳，这些气态碳和催 化剂粒子被气流从高温区带向低温区，在催化剂的 作用下生长成碳纳米管。
发现：1991年，日本学者Ijima和美国的Bethune 等人在掺加过渡金属催化剂的石墨电极间起弧放 电，并在制备产物中分别发现了单壁纳米管。
离子液体修饰碳纳米管 、表面活性剂 （十二 烷基磺酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠 (SDBS) ）、聚间亚苯基亚乙烯（PmPV） 等
4 碳纳米管的基本性质
（1）力学性能：sp2杂化形成的C=C共价键是自然界 最强的价键之一，赋予碳纳米管极强的强度、韧性 及弹性模量，使碳纳米管具有优异的力学性能。由 于碳纳米管的纳米尺度和易缠绕的特点，直接用传 统实验方法测量其力学性能比较困难，因此最初对 碳纳米管力学性能的研究集中在理论预测上。
当今世界公开报道高质、高效、连续大批 量工业化生产碳纳米管的实例：沸腾床催化法、 化学气相沉积法
碳纳米管结构示意图
(A) 椅形单壁碳纳米管 (B) Z字形单壁碳纳米管 (C) 手性单壁碳纳米管 (D) 螺旋状碳纳米管 (E) 多壁碳纳米管截面图
（方A）法电和弧设放备电都法较：相其似方。法阴及极设采备用与厚制约备10Ｃmm60的， 直径约为30mm的高纯高致密的石墨片，阳极 采用直径约为6mm的石墨棒，整个系统保持 在气压约104Pa的氦气气氛中，放电电流为50 Ａ左右，放电电压20Ｖ。通过调节阳极进给速 度，可以保持在阳极不断消耗和阴极不断生长 的同时，两电极的放电端面距离不变，从而可 以得到大面积离散分布的碳纳米管，同时还可 能产生碳纳米微粒。
(D)激光法
机理:与电弧放电法类似，主要是将一根金属催化剂/ 石墨混合的石墨靶放置于一长形石英管中间，该管 则置于一加热炉内。当炉温升至1200℃时，将惰性 气体充入管内，并将一束激光聚焦于石墨靶上。石 墨靶在激光照射下将生成气态碳，这些气态碳和催 化剂粒子被气流从高温区带向低温区，在催化剂的 作用下生长成碳纳米管。
发现：1991年，日本学者Ijima和美国的Bethune 等人在掺加过渡金属催化剂的石墨电极间起弧放 电，并在制备产物中分别发现了单壁纳米管。
碳纳米管合成以及应用ppt课件
27
范守善院士
清华大学物理系
研究领域：近十余年的研究方向集中在纳米尺度材料的 科学与技术，主要研究方向为碳纳米管的生长机理、可 控制合成与应用探索。在深入揭示和理解碳纳米管生长 机理的基础上，实现了超顺排碳纳米管阵列、薄膜和线 材的可控制与规模化制备，研究并发现了碳纳米管材料 独特的物理化学性质，基于这些性质发展出了碳纳米管 发光和显示器件、透明柔性碳纳米管薄膜扬声器、碳纳 米管薄膜触摸屏等多种纳米产品，部分应用产品已具有 产业化前景，实现了从源头创新到产业化的转换。
32
CNT的基本性质：
高的机械强度和弹性。
强度≥100倍的钢，密度≤1/6倍的钢 优良的导体和半导体特性。量子限域所致 高的比表面积。 强的吸附性能。 优良的光学特性
发光强度随发射电流的增大而增强。 ……………
33
力学性能：
碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa,是钢的 100倍,密度却只有钢的1/6，至 少比常规石墨 纤维高一个数量级。它是最强的纤维，在强度 与重量之比方面，这种纤维是最理想的。
氢气为缓冲气 含硫化合物为生长促进剂 大阳极，阴极在其上方并 与其成一定角度 电极角度可控可半连续制 备
13
化学气相沉积法（CVD）
➢特点：
设备简单、条件易控、能大规模制备、可直接生长在合适的基底上
➢常用气体：
甲烷、一氧化碳、苯等
➢催化剂：
Fe、Co、Ni、Mo等以及它们的氧化物
14
激光蒸发法
影响因素： ➢催化剂 ➢保护压强（3.0x104一4.5 x 104 Pa） ➢气体（氦气、氩气） ➢激光脉冲时间间隔 （间隔越短， 产率越高） ➢激光脉冲功率（功率↑，直径↓）
34
力学性能：
范守善院士
清华大学物理系
研究领域：近十余年的研究方向集中在纳米尺度材料的 科学与技术，主要研究方向为碳纳米管的生长机理、可 控制合成与应用探索。在深入揭示和理解碳纳米管生长 机理的基础上，实现了超顺排碳纳米管阵列、薄膜和线 材的可控制与规模化制备，研究并发现了碳纳米管材料 独特的物理化学性质，基于这些性质发展出了碳纳米管 发光和显示器件、透明柔性碳纳米管薄膜扬声器、碳纳 米管薄膜触摸屏等多种纳米产品，部分应用产品已具有 产业化前景，实现了从源头创新到产业化的转换。
32
CNT的基本性质：
高的机械强度和弹性。
强度≥100倍的钢，密度≤1/6倍的钢 优良的导体和半导体特性。量子限域所致 高的比表面积。 强的吸附性能。 优良的光学特性
发光强度随发射电流的增大而增强。 ……………
33
力学性能：
碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa,是钢的 100倍,密度却只有钢的1/6，至 少比常规石墨 纤维高一个数量级。它是最强的纤维，在强度 与重量之比方面，这种纤维是最理想的。
氢气为缓冲气 含硫化合物为生长促进剂 大阳极，阴极在其上方并 与其成一定角度 电极角度可控可半连续制 备
13
化学气相沉积法（CVD）
➢特点：
设备简单、条件易控、能大规模制备、可直接生长在合适的基底上
➢常用气体：
甲烷、一氧化碳、苯等
➢催化剂：
Fe、Co、Ni、Mo等以及它们的氧化物
14
激光蒸发法
影响因素： ➢催化剂 ➢保护压强（3.0x104一4.5 x 104 Pa） ➢气体（氦气、氩气） ➢激光脉冲时间间隔 （间隔越短， 产率越高） ➢激光脉冲功率（功率↑，直径↓）
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力学性能：
新材料概论碳纳米管课件
通过化学或物理方法对碳纳米管进行改性， 以提高其分散性和界面稳定性。
环保与可持续性
在合成和使用过程中，考虑碳纳米管的环保 和可持续性问题也正在成为研究热点。
05
碳纳米管的生产与市场产主要采用气相沉积、电弧放 电和激光脉冲等方法。其中，气相沉积法具 有生长速度快、纯度高、可大规模生产等优 点，但设备成本较高。电弧放电法和激光脉 冲法具有设备简单、成本低等优点，但产量 较低。
02 将不同性能的材料进行复合，实现材料的多功能特性
，如强度、韧性、耐磨性、导电性、导热性等。
多功能复合材料应用
03
将多功能复合材料应用于不同的领域，如航空航天、
汽车、能源、生物医学等。
新兴应用领域拓展
01
新一代信息技术
发展新型电子器件、光电器件、 传感器的应用，推动信息技术领 域的创新发展。
02
化学稳定性
碳纳米管在大多数化学环境下都具 有很好的稳定性，使其在化学反应中 具有很好的应用前景。
挑战与瓶颈
01
生产与合成难度
碳纳米管的制备和合成仍存在一 定的挑战，其大规模生产和成本
控制是当前的研究重点。
03
界面稳定性差
在某些应用中，碳纳米管的界面 稳定性较差，可能会影响其性能
。
02
分散与纯化问题
其他制备方法
总结词
其他制备碳纳米管的方法
VS
详细描述
除上述方法外，还有许多其他制备碳纳米 管的方法，如燃烧合成法、溶胶凝胶法等 。这些方法各有优缺点，可根据实际需求 选择合适的方法。
03
碳纳米管的应用领域
纳米电子器件
碳纳米管在制造纳米电子器件方面具有高导电性和稳定性，可以用于制造高灵敏 度的场效应晶体管、逻辑电路和存储器等。
环保与可持续性
在合成和使用过程中，考虑碳纳米管的环保 和可持续性问题也正在成为研究热点。
05
碳纳米管的生产与市场产主要采用气相沉积、电弧放 电和激光脉冲等方法。其中，气相沉积法具 有生长速度快、纯度高、可大规模生产等优 点，但设备成本较高。电弧放电法和激光脉 冲法具有设备简单、成本低等优点，但产量 较低。
02 将不同性能的材料进行复合，实现材料的多功能特性
，如强度、韧性、耐磨性、导电性、导热性等。
多功能复合材料应用
03
将多功能复合材料应用于不同的领域，如航空航天、
汽车、能源、生物医学等。
新兴应用领域拓展
01
新一代信息技术
发展新型电子器件、光电器件、 传感器的应用，推动信息技术领 域的创新发展。
02
化学稳定性
碳纳米管在大多数化学环境下都具 有很好的稳定性，使其在化学反应中 具有很好的应用前景。
挑战与瓶颈
01
生产与合成难度
碳纳米管的制备和合成仍存在一 定的挑战，其大规模生产和成本
控制是当前的研究重点。
03
界面稳定性差
在某些应用中，碳纳米管的界面 稳定性较差，可能会影响其性能
。
02
分散与纯化问题
其他制备方法
总结词
其他制备碳纳米管的方法
VS
详细描述
除上述方法外，还有许多其他制备碳纳米 管的方法，如燃烧合成法、溶胶凝胶法等 。这些方法各有优缺点，可根据实际需求 选择合适的方法。
03
碳纳米管的应用领域
纳米电子器件
碳纳米管在制造纳米电子器件方面具有高导电性和稳定性，可以用于制造高灵敏 度的场效应晶体管、逻辑电路和存储器等。
切割碳纳米管法制备石墨烯ppt实用资料
断体裂，其， 从工碳 而作实原原现子理刻与是蚀氧用的原利目子用的反氧。应等生离成子氧体化轰碳击（石C墨O烯），和使二石氧墨化烯碳中（的CO碳2-）碳气键 这这其切这切这切这切其另其这切另另其切其其其这切这切这个个中割个割个割个割中外中个割外外中割中中中个割个割个方 方 一 碳 方 碳 方 碳 方 碳 一 一 一 方 碳 一 一 一 碳 一 一 一 方 碳 方 碳 方法法种纳法纳法纳法纳种种种法纳种种种纳种种种法纳法纳法是是方米是米是米是米方方方是米方方方米方方方是米是米是用用法管用管用管用管法法法用管法法法管法法法用管用管用强强用也强也强也强也用使用强也使使用也用用用强也强也强氧氧过是氧是氧是氧是过用过氧是用用过是过过过氧是氧是氧化化锰制化制化制化制锰等锰化制等等锰制锰锰锰化制化制化的的酸造的造的造的造酸离酸的造离离酸造酸酸酸的造的造的高高钾石高石高石高石钾子钾高石子子钾石钾钾钾高石高石高锰锰和墨锰墨锰墨锰墨和体和锰墨体体和墨和和和锰墨锰墨锰酸酸硫烯酸烯酸烯酸烯硫刻硫酸烯刻刻硫烯硫硫硫酸烯酸烯酸钾钾酸带钾带钾带钾带酸蚀酸钾带蚀蚀酸带酸酸酸钾带钾带钾和和切的和的和的和的切（切和的（（切的切切切和的和的和硫硫开正硫正硫正硫正开开硫正开正开开开硫正硫正硫ppplllaaa酸酸在在酸在酸在酸在在在酸在在在在在在酸在酸在酸sssmmm的的溶试的试的试的试溶溶的试溶试溶溶溶的试的试的aaa混混液验混验混验混验液液混验液验液液液混验混验混eee合合中中合中合中合中中中合中中中中中中合中合中合tttccchhh溶溶的的溶的溶的溶的的的溶的的的的的的溶的溶的溶iiinnn液液多方液方液方液方多多液方多方多多多液方液方液ggg））），，层法，法，法，法层层，法层法层层层，法，法，一一一沿沿壁。沿。沿。沿。壁壁沿。壁。壁壁壁沿。沿。沿部部部轴轴碳轴轴轴碳碳轴碳碳碳碳轴轴轴分分分向向纳向向向纳纳向纳纳纳纳向向向嵌嵌嵌打打米打打打米米打米米米米打打打入入入开开管开开开管管开管管管管开开开于于于纳纳（纳纳纳（（纳（（（（纳纳纳聚聚聚米米米米米米米米米MMMMMMM合合合uuuuuuu管管管管管管管管管lllllllttttttt物物物iiiiiii。。。。。。。。。-------wwwwwww的的的aaaaaaalllllll纳纳纳llllllleeeeeeeddddddd米米米ccccccc管管管aaaaaaarrrrrrr。。。bbbbbbbooooooonnnnnnn
碳纳米管和石墨烯简介
柔性传感器
石墨烯的高灵敏度和柔韧性可用 于制造柔性传感器，可应用于医
疗、环境监测等领域。
传感器领域
气体传感器
石墨烯对气体分子的高灵敏度可用于制造高灵敏度的气体传感器 ，可应用于环境监测、工业过程控制等领域。
生物传感器
石墨烯的生物相容性和高导电性可用于制造生物传感器，可应用于 医疗诊断、生物分子检测等领域。
碳纳米管可作为药物载体，实现药物 的定向输送和缓释。
05 石墨烯应用前景
柔性电子器件领域
柔性显示屏
石墨烯的高导电性和柔韧性使其 成为制造柔性显示屏的理想材料 ，可应用于手机、可穿戴设备等
。
柔性电池
石墨烯的高导电性和大面积制备 能力使其成为制造柔性电池的关 键材料，可应用于可穿戴设备、
电动汽车等领域。
制备方法
机械剥离法
化学气相沉积法（CVD）
氧化还原法
液相剥离法
利用胶带反复剥离石墨片层， 得到单层或多层石墨烯。此方 法简单易行，但产量低且尺寸 难以控制。
在高温下，利用含碳气体在金 属基底上催化裂解生成石墨烯 。此方法可制备大面积、高质 量的石墨烯，但需要高温高压 条件，成本较高。
通过化学方法将石墨氧化成氧 化石墨，再经过还原处理得到 石墨烯。此方法产量较高，但 所得石墨烯缺陷较多，性能较 差。
激光烧蚀法
使用高能激光脉冲照射石 墨靶材，使石墨蒸发并在 惰性气体中冷凝形成碳纳 米管。
02 石墨烯概述
定义与结构
石墨烯定义
石墨烯是一种由单层碳原子以sp2杂化方式形成的二维材料，具有蜂窝状晶格 结构。
原子结构
石墨烯中的每个碳原子都与周围三个碳原子通过σ键相连，形成稳定的六边形网 格。剩余的π电子在垂直于平面的方向上形成离域大π键，赋予石墨烯良好的导 电性。
石墨烯的研究课件
石墨烯的研究
❖ 石墨烯被寄予厚望的应用实例之一是转换效 率非常高的新一代太阳能电池。展望其今后 的应用领域，首先是透明导电膜领域，其次 是中间电极等领域
石墨烯的研究
❖ 在一般情况下要确保大范围波长领域的透明性，载 流子的密度越低越好。不过，由于导电率与载流子 迁移率和载流子密度的乘积成比例，因此如果载流 子迁移率不是很高，那么较小的载流子密度也就意 味着导电率较小。其典型示例就是玻璃这种绝缘体。 无论多透明，只要电流不能通过，就没有任何意义。
石墨烯的研究
三、对石墨烯在太阳能上应用前景的 分析与研究方向设想
❖ 两个应用方向：将石墨烯作为新一代太阳能 电池的主体材料（即产生光伏效应的材料 料）；将石墨烯作为现有光伏材料的透明电 极，利用它的高透光性和高电导率特性。
❖ 第一步制造石墨烯，第二步形成石墨烯pn结， 石墨烯本身不存在内建电场，要改变石墨烯 中部分的费米面高度，从而固件出能带弯曲， 形成内建电场。掺杂是很好的手段。
石墨烯的研究
❖ 5、石墨烯的热载流子效应 石墨烯可以对光产生不同寻常的反应，在室 温和普通光照射下，就可以发生热载流子效 应，产生电流。当光照在石墨烯上时，可以 产生两个具有不同电气特性区域，进而出现 温差，产生电流。石墨烯在激光照射加热不 一致时，携带电流的电子被加热，而晶格中 的碳原子核保持第二年。正是由于石墨烯的 光电反应现象更为丰富。
❖ 美国两组科学家用圆柱状的碳纳米管制造出 几十纳米宽的石墨烯带。
❖ 石墨烯导电性好，纤薄，透明，坚硬，非常 适用于显示屏和太阳能电池板。
❖ 带状石墨烯的用处更大，在10纳米左右的宽 度上，电子被迫纵向移动，使石墨烯可以像 半导体一样起作用。
石墨烯的研究
❖ 从半导体工业借鉴过来的刻蚀技术切开纳米 管，再将纳米管粘附到一个聚合物薄膜上， 接着使用经过电离的氩气来刻蚀每个纳米管 的每个条带，得到的石墨烯带的宽度仅为1020nm，具有导电性能，因此在电子工业将有 广泛的应用，他们用石墨烯已经制造出了基 本的晶体管。
❖ 石墨烯被寄予厚望的应用实例之一是转换效 率非常高的新一代太阳能电池。展望其今后 的应用领域，首先是透明导电膜领域，其次 是中间电极等领域
石墨烯的研究
❖ 在一般情况下要确保大范围波长领域的透明性，载 流子的密度越低越好。不过，由于导电率与载流子 迁移率和载流子密度的乘积成比例，因此如果载流 子迁移率不是很高，那么较小的载流子密度也就意 味着导电率较小。其典型示例就是玻璃这种绝缘体。 无论多透明，只要电流不能通过，就没有任何意义。
石墨烯的研究
三、对石墨烯在太阳能上应用前景的 分析与研究方向设想
❖ 两个应用方向：将石墨烯作为新一代太阳能 电池的主体材料（即产生光伏效应的材料 料）；将石墨烯作为现有光伏材料的透明电 极，利用它的高透光性和高电导率特性。
❖ 第一步制造石墨烯，第二步形成石墨烯pn结， 石墨烯本身不存在内建电场，要改变石墨烯 中部分的费米面高度，从而固件出能带弯曲， 形成内建电场。掺杂是很好的手段。
石墨烯的研究
❖ 5、石墨烯的热载流子效应 石墨烯可以对光产生不同寻常的反应，在室 温和普通光照射下，就可以发生热载流子效 应，产生电流。当光照在石墨烯上时，可以 产生两个具有不同电气特性区域，进而出现 温差，产生电流。石墨烯在激光照射加热不 一致时，携带电流的电子被加热，而晶格中 的碳原子核保持第二年。正是由于石墨烯的 光电反应现象更为丰富。
❖ 美国两组科学家用圆柱状的碳纳米管制造出 几十纳米宽的石墨烯带。
❖ 石墨烯导电性好，纤薄，透明，坚硬，非常 适用于显示屏和太阳能电池板。
❖ 带状石墨烯的用处更大，在10纳米左右的宽 度上，电子被迫纵向移动，使石墨烯可以像 半导体一样起作用。
石墨烯的研究
❖ 从半导体工业借鉴过来的刻蚀技术切开纳米 管，再将纳米管粘附到一个聚合物薄膜上， 接着使用经过电离的氩气来刻蚀每个纳米管 的每个条带，得到的石墨烯带的宽度仅为1020nm，具有导电性能，因此在电子工业将有 广泛的应用，他们用石墨烯已经制造出了基 本的晶体管。
碳纳米管简介PPT课件
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9
分离提纯
➢ 碳纳米管在进行结构表征、性能测试和应用之前，通常须进行分离与提纯 ➢ CVD碳纳米管，根据应用需要，有时须进行高温石墨化处理以提高其结构完整性
合成产物中，常伴有大量杂质，如无定型碳、富勒烯、金属催化剂等 常用的提纯方法 氧化法和高温热处理
直接合成的SWNT
提纯后的SWNT
.
10
应用领域
AFM image
CNT电性能测试装置（左） 电性能测试结果（右）
.
5
➢ 热性能
性能
热稳定性 真空环境可耐温至2800oC，空气中700oC 热导率 理论值6000W.(m.K)-1；实验值3000W.(m.K)-1
❖ 单根MWNT（直径14nm）的热导性测 试结果
❖ 插图为用于热导性测试的微器件，标 尺为10μm
利用纳米尺度的过渡金属或其氧化物为催化剂，在相对较低的温度 (500-1200℃)下热解碳 源气体(甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、苯和一氧化碳等)来合成碳纳米管 可生产SWNT和MWNT 成本低，收率高，可大量生产 碳纳米管的管径在很大程度上依赖于催化剂颗粒的成分和尺寸，分布较宽；较多的结晶
缺陷，石墨化程度较低，常发生弯曲和变形，管端和管壁上包有催化剂颗粒
.
15
应用前景
蜘蛛衣”的吸附力取决于与固体表面接触处 的碳纳米管数量。这种材料的外部直径只有几 到几十纳米，相当于头发丝的1/10万，因此一 片手掌大小的纤维中可容纳数十亿的碳纳米管， 由此产生的单位面积吸附力是壁虎脚的200倍。 把一双用这种材料制成、手掌面积为200平方 厘米的高粘力手套粘在屋顶上，可以同时吊起 14个重量为83公斤的壮汉。当然，要移动也很 简单，只要沿着表面稍微上下左右挪动一下， 粘结处就会一点点断开。
碳纳米管的结构PPT课件
第10页/共43页
★石墨层间化合物的功能与应用
石墨层间化合物的性质因嵌入物不同、阶数不同而不同，因而其 功能及应用是多方面的，主要可用于: 轻型高导电材料、电极材料、 新型催化剂、固体润滑剂、贮氢及同位素分离材料、防水防油剂等。
电极材料
石墨间隙化合物的电阻比石墨本身还低，在垂直方向降低了约10倍，沿石墨
碳纤维增强复合材料作结构材料, 可作飞机的尾翼或副翼, 通信卫星的天线系统和导波管、航天飞机的货舱门、燃料箱、 助推火箭的外壳。在建筑方面，可作碳纤维增强水泥地板，并 有取代钢筋的可能性。
作为非结构材料, 碳纤维复合材料可作密封材料、耐磨材料、 隔热材料、电极材料。
在原子能工程上用碳纤维－石墨复合材料作铀棒的幕墙材 料, 不仅可以防止铀棒的辐射变形, 使其对中子的吸收截面变小, 反射中子能力增强, 而且在光氧条件下能耐3000 ℃以上的高温。
碳纤维复合材料可作优质的化工容器、设备或零部件。 将碳纤维进行活化处理，得到活性碳纤维，是已知的比表 面积最大的物质之一(2500 m2·g－1)，被称为第3代活性炭，作为 新型吸附剂具有重要的应用前景。 在医学上，碳纤维增强型塑料是一种理想的人工心肺管道 材料，也可作人工关节、假第肢16、页/假共4牙3页等。
性能的优点(而一般的石墨存在润滑性能下降的缺陷)。这是由于氟化石墨的层面由C －F键构成，其表面能极小，容易滑动之故。
贮氢及同位素分离材料 钾、铷、铯等碱金属的石墨层间化合物在一定温度下能化学或物理吸附氢。如
C8K吸附氢生成C8KHx(0≤x≤2)，且离解温度及离解能低，吸附与解吸完全可逆，达 平衡的时间短，因而可作贮氢材料。更有趣的是这种吸附对氢、氖、氖有选择性， 因而可用于氢同位素分离，其H2－D2及H2－HT分离系数都高于硅酸盐系离子交换 体系。
★石墨层间化合物的功能与应用
石墨层间化合物的性质因嵌入物不同、阶数不同而不同，因而其 功能及应用是多方面的，主要可用于: 轻型高导电材料、电极材料、 新型催化剂、固体润滑剂、贮氢及同位素分离材料、防水防油剂等。
电极材料
石墨间隙化合物的电阻比石墨本身还低，在垂直方向降低了约10倍，沿石墨
碳纤维增强复合材料作结构材料, 可作飞机的尾翼或副翼, 通信卫星的天线系统和导波管、航天飞机的货舱门、燃料箱、 助推火箭的外壳。在建筑方面，可作碳纤维增强水泥地板，并 有取代钢筋的可能性。
作为非结构材料, 碳纤维复合材料可作密封材料、耐磨材料、 隔热材料、电极材料。
在原子能工程上用碳纤维－石墨复合材料作铀棒的幕墙材 料, 不仅可以防止铀棒的辐射变形, 使其对中子的吸收截面变小, 反射中子能力增强, 而且在光氧条件下能耐3000 ℃以上的高温。
碳纤维复合材料可作优质的化工容器、设备或零部件。 将碳纤维进行活化处理，得到活性碳纤维，是已知的比表 面积最大的物质之一(2500 m2·g－1)，被称为第3代活性炭，作为 新型吸附剂具有重要的应用前景。 在医学上，碳纤维增强型塑料是一种理想的人工心肺管道 材料，也可作人工关节、假第肢16、页/假共4牙3页等。
性能的优点(而一般的石墨存在润滑性能下降的缺陷)。这是由于氟化石墨的层面由C －F键构成，其表面能极小，容易滑动之故。
贮氢及同位素分离材料 钾、铷、铯等碱金属的石墨层间化合物在一定温度下能化学或物理吸附氢。如
C8K吸附氢生成C8KHx(0≤x≤2)，且离解温度及离解能低，吸附与解吸完全可逆，达 平衡的时间短，因而可作贮氢材料。更有趣的是这种吸附对氢、氖、氖有选择性， 因而可用于氢同位素分离，其H2－D2及H2－HT分离系数都高于硅酸盐系离子交换 体系。
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进展
检测血糖浓度的生物传感器，在玻碳电极表 面形成碳纳米管/壳聚糖膜/空壳纳米钯均匀致密 稳定的修饰层,制备了用于测定葡萄糖的新型无酶 传感器。该传感器可以快速地实现电极与葡萄糖 之间的直接电子转移，有良好的稳定性。
沈健,黄杉生.空壳纳米钯-碳纳米管修饰的无酶葡萄糖传感器的研究[J].2012，32: 21-25
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石
墨？
烯
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主要内容
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简介
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碳纳米管
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石墨烯
4
总结
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石墨烯
• 1. 结构性质
• 2. 制备方法
• 3.修饰改性
• 4.应用举例
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• Carbon Nanotube是具有石墨结构并且按一 定规则卷曲形成的纳米级管状结构的孔状 材料。
⒊ 浓度继续增加，胶束之间的 渗透压导致WMCNTs重新团聚。
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化学修饰
＊共价修饰
超支化聚合物具有三维球形的高度支化的分子结构，分 子间不会发生交联。具有低粘度、高流变性、良好的溶解性， 为提高CNTs的分散性提供了有利条件。
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化学修饰
超支化聚合物修饰的CNTs具有核壳结构,分子的壳 层高度支化,末端聚集大量的活性官能团，粘度低、溶解 性能好，分子之间无缠结，因此表现出许多线形聚合物 修饰的所不具有的特殊性能，如良好的溶解性，低溶液 粘度，高反应活性，并且可以通过封端反应加以改性。
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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 ) ”。
定性。
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王保民等。碳纳米管的表面修饰及分散机理研究[J].
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中国矿业大学学报.2012，41：758-763
化学修饰
⒈ WMCNTs的表面与GA长链的吸附作用， GA长链平 躺在WMCNTs表面，形成空间位阻层，分散性不好。
⒉ 随着GA质量浓度的逐渐增加，其大量 分子自动聚集于WMCNTs表面， 形成胶束，亲水性最佳。
• 石墨烯可以包裹形成零维富勒烯；它也可 以卷起来形成一维的碳纳米管；同样，它 也可以层层堆叠构成三维的石墨。
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• 石墨烯是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成 的，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六 元环，其理论厚度仅为0.35 nm，是目前所发现的
最薄的二维材料。
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非共价键修饰利用 有效的溶剂化作用和 表面活性剂或天然生 物大分子化合物包裹 在碳纳米管外壁以增 加其溶解性。
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化学修饰
＊非共价修饰
表面活性剂GA由亲水性的极性基团和憎 水性的非极性基团所构成。是一种高分子长链， 混合物在两相界面间具有良好的吸附能力，且 黏度较低，分子能定向地排列于任意两相之间 的界面层中，使界面的不饱和力场得到某种程 度的补偿，从而使界面张力降低。
样,也是碳的同素异构体。
无缝中空管状的碳分子，管上
每个碳原子采取sp2杂化，相互之间
碳-碳σ键结合起来，形成由六边形
组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的
骨架。径向为纳米级，轴向为微米 级。
旋转的碳纳米管分子示意图： 小圆球代表碳原子，它们之间 的长条形连接物代表化学键。
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化学修饰
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化学修饰
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化学修饰
• A：氧化开管后修饰 • B：侧壁共价修饰 • C：侧壁非共价修饰 • D：包埋功能化 • E：内腔功能化
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Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, 1853.
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化学修饰
共价键修饰是在碳 米管表面上共价地连 接一些适宜的基团， 使CNTs表面和聚合物 之间产生化学键连接, 以改善其溶解度。
主要内容
1
简介
2
碳纳米管
3
石墨烯
4
总结
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碳纳米管
l 优点：性能及应用 l 碳纳米管制备 l 缺点：化学修饰 l 碳纳米管的进展
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性能
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应用
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制备方法
多壁CNTs
单壁CNTs
电弧法
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聂海瑜。碳纳米管的制备[J]，塑料工业。2004，32（10）：11。
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1.简介
长度： 0.1～50μm 直径： 2～30nm 层数： 2～50 层间距： 0.34±0.01nm
无论多壁管还是单壁管都具有很高的长径比， 一般为100～1000，最高可达1000～10000， 完全可以认为是.75～
3nm
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化学修饰
改善多壁碳纳米管（WMCNTs）在水体系中的分散性， 以阿拉伯胶（GA）为分散剂（SAA），采用SAA超 声处理法对WMCNTs进行修饰。
通过GA分子长链的包覆改善WMCNTs的亲水性和 分 散 性 ， 进 而 表 现 出 对 W M C N Ts 具 有 较 好 的 分 散 稳
张梓军等.超支化聚合物修饰碳纳米管的研究进展[J].材料导报.2012，26：144-148
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化学修饰
共价键修饰改性碳纳米管
利用氧化剂（强酸）等对碳纳米管进行化学 切割，可使CNTs开口并在其表面接枝上一定数 量的活性基团（羧基、羟基）等，再通过活性基 团与超支化大分子反应，从而实现的超支化共价 修饰。
碳纳米管与石墨烯优秀课件
主要内容
1
简介
2
碳纳米管
3
石墨烯
4
总结
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1.简介
化学修饰
用吸附、涂敷、聚合、化 学反应等方法把活性基团 或催化物质等附着在电极 表面，保护电极或改进电 极特征功能的工艺过程。
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1.简介
碳纳米管（Carbon Nanotube）：
又称巴基管与石墨、金刚石一