碳材料概述PPT课件
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碳纤维增强树脂基复合材料PPT课件
纤维
材料。
CHENLI
6
碳纤维增强树脂基复合材料简介——碳纤维
➢ 碳纤维的特点：拉伸强度和拉伸模量高，密度低、比模量高 ，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，耐腐蚀性 好良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。
CHENLI
7
碳纤维增强树脂基复合材料简介——树脂基体
碳纤维增强树脂复合材料所用的基体树脂： 热塑性树脂基体（乙烯、尼龙、聚四氟乙烯以及聚醚醚酮等） 热固性树脂基体（环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂以及酚醛树脂等）
第三阶段：
应用于受力不大的 应用于承力大的结 应用于复杂受力结
构件，如各类操作 构件，如安定面、 构，如机身、中央
面、副翼、口盖、 全动平尾和主受力 翼盒等。
阻力板等。
结构机翼等。
CHENLI
15
发展与应用——航空航天上的应用
➢ 航天应用： 1.军机应用 2.民机应用
CHENLI
16
发展与应用——航空航天上的应用
➢ 航空应用 1.卫星及空间站的结构材料和部件 2.导弹用结构材料 3.运载火箭用结构材料
CHENLI
17
发展与应用——在能源、汽车及其他工业部门的应用
对于未来的汽车工业，碳纤维复合材料将成为汽车 制造的主流材料。将在汽车发动机汽缸，机械驱动轴， 车体板和其他部件得到发展和应用。
同时也能在，在基建、兵器、医疗器械、体育休闲 用品等领域都存在巨大的市场潜力。
CHENLI
12
成型技术
液体模塑成型技术（LCM）
其他低成本成型 技术还包括
纤维缠绕、拉挤 等
结构反应注射模塑
真空辅助树脂传递模塑（VARTM）
树脂渗透成型工艺（SCRIMP）
生物炭简介ppt课件
•
结构紧凑、操作容易、移动方便、出炭率高、炭
质较好、劳动强度和受季节影响小。
• • 结构：上炉体、下炉体、烟道、风孔、炉
•
盖、点火架、炉栅。
• • 出炭率：25~30%。
18
3.常用炭化炉的构造与操作
• 3.1 砖窑 • 特点：制造成本低廉，需求的劳动力数量适度，生产的木炭
质量也比较好。
• 最常使用的窑有: 半橙形窑 柱形拱顶窑
生成高温烟道气在烟道内曲折流动加热炭化槽后，被烟囱抽吸排出
生成的果壳炭落入冷却段自然冷却后，定期由炉底部的装料装置卸出。
35
果壳炭化炉的炭化工艺
• 炭化工艺流程： 果壳（椰壳、杏核、桃核）经风选，除去沙石、土块后，用 提升机送至炉顶的加料槽，果壳借重力进入炭化槽，分别通 过预热段、炭化段、冷却段从卸料器出料。
• （一）砖窑构造 用砖建造，砂浆成分为木炭颗粒和泥浆。
19
出烟孔
R
（1）半橙形窑：
半球形，直径约5～7m，
空气进口
两扇窑门正好相对， 门线必须与盛行风的方向垂直，
半橙形窑
门高为1.6～1.7m，底部宽1.1m，顶部宽0.7m。
窑顶端有一个直径约0.22～0.25m的出烟孔，
围绕着贴近地面的地基有10个均匀排列的进空气孔，孔尺 寸为0.06m×0.2 m；
黑炭Black carbon / 泛指各类有机质不完全碳化生成的残渣，包括炭黑、生物炭、活
Black char
性炭、焦炭等各种炭质材料。
4
• 生物炭的主要成分： •
•
除C元素外，还有H和O等元素。各种元素含量多
少，依赖于热裂解方法和炭化最终温度，与原料无关。
随炭化最终温度的升高，生物炭中C元素的含量增加，H
碳纳米管的制备与纯化ppt课件
天、军事等方面都有广泛. 应用。
碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量 子材料，径向尺寸为2~20nm，轴向尺寸 为微米量级、管子两端基本上都封口主要 由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十 层的同轴圆管。
.
碳纳米管也可以看成是由石墨层卷曲而成 的圆柱形管状物。 碳纳米管可以分为多壁碳纳米管和单壁碳 纳米管两类。 多壁碳纳米管：由多层石墨卷曲而成的一 组同轴圆柱形管。 单壁碳纳米管：由一层石墨卷曲而成的一 个圆柱形管。
.
.
碳纳米管的主要性质
.
二、制备方法
➲ 电弧放电法。（已用于工业化生产） ➲ 激光蒸发法。 ➲ 化学气相沉淀法。 ➲ 太阳能法。 ➲ 火焰法。 ➲ 增强等离子体热流体化学化学蒸气分解沉法。 ➲ 等离子体法。 ➲ 水热法。 ➲ 超临界流体技术。 ➲ 固相复分解反应制备法。…………
.
➲ 碳源 石墨是最早也是最容易获得的碳源。激光法、电弧 法中常以石墨靶为碳源，后来随着碳纳米管制备技 术的发展，纳米管的碳源也可从各种含碳物质的热 解或转化来制得。含碳和氢，以及混杂有氧、氮、 硫等其它杂质的有机化合物，低沸点的有机金属化 合物(如各种金属茂、金属酞脊等)，在加热时，特 别是催化加热时通过歧化或炭化转化为高碳或纯碳 材料，然后在合适的条件下部分或完全转化成碳纳 米管。根据碳源的物理形态可以设计相应的实验。 如石墨可用作电弧法和激光蒸发法。co,烃类气体适 用于各类CVD法、低沸点的金属茂、金属酞菁等也 可通过加热升华后用于CVD法;苯、金属茂、金属酞 菁等经有机溶剂溶解，利用溶胶-凝胶技术和载体均
➲ 激光蒸发法
.
Smalley 等制备C60时，在电极中加入一 定量的催化剂，得到了单壁碳纳米管。Thess 等改进实验条件，采用该方法首次得到相对较 大数量的单壁碳纳米管。实验在1 473 K条件 下，采用50 ns的双脉冲激光照射含Ni/Co催 化剂颗粒的石墨靶，获得高质量的单壁碳纳米 管管束。这种方法易于连续生产，但制备出的 碳纳米管的纯度低，易缠结，且需要昂贵的激 光器，耗费大。
碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量 子材料，径向尺寸为2~20nm，轴向尺寸 为微米量级、管子两端基本上都封口主要 由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十 层的同轴圆管。
.
碳纳米管也可以看成是由石墨层卷曲而成 的圆柱形管状物。 碳纳米管可以分为多壁碳纳米管和单壁碳 纳米管两类。 多壁碳纳米管：由多层石墨卷曲而成的一 组同轴圆柱形管。 单壁碳纳米管：由一层石墨卷曲而成的一 个圆柱形管。
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碳纳米管的主要性质
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二、制备方法
➲ 电弧放电法。（已用于工业化生产） ➲ 激光蒸发法。 ➲ 化学气相沉淀法。 ➲ 太阳能法。 ➲ 火焰法。 ➲ 增强等离子体热流体化学化学蒸气分解沉法。 ➲ 等离子体法。 ➲ 水热法。 ➲ 超临界流体技术。 ➲ 固相复分解反应制备法。…………
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➲ 碳源 石墨是最早也是最容易获得的碳源。激光法、电弧 法中常以石墨靶为碳源，后来随着碳纳米管制备技 术的发展，纳米管的碳源也可从各种含碳物质的热 解或转化来制得。含碳和氢，以及混杂有氧、氮、 硫等其它杂质的有机化合物，低沸点的有机金属化 合物(如各种金属茂、金属酞脊等)，在加热时，特 别是催化加热时通过歧化或炭化转化为高碳或纯碳 材料，然后在合适的条件下部分或完全转化成碳纳 米管。根据碳源的物理形态可以设计相应的实验。 如石墨可用作电弧法和激光蒸发法。co,烃类气体适 用于各类CVD法、低沸点的金属茂、金属酞菁等也 可通过加热升华后用于CVD法;苯、金属茂、金属酞 菁等经有机溶剂溶解，利用溶胶-凝胶技术和载体均
➲ 激光蒸发法
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Smalley 等制备C60时，在电极中加入一 定量的催化剂，得到了单壁碳纳米管。Thess 等改进实验条件，采用该方法首次得到相对较 大数量的单壁碳纳米管。实验在1 473 K条件 下，采用50 ns的双脉冲激光照射含Ni/Co催 化剂颗粒的石墨靶，获得高质量的单壁碳纳米 管管束。这种方法易于连续生产，但制备出的 碳纳米管的纯度低，易缠结，且需要昂贵的激 光器，耗费大。
常用吸附剂 活性炭ppt课件
• 这些特点使其在催化剂载体、储氢材料、超级电容、锂离子二次电池 和隐形材料等领域都得到广泛的研究。
• 制备方法：气相氧化法、液相氧化法和固相氧化法。 • 无论那一种方法，都是将碳纳米管经活化处理及后处理得到活性炭纳
米管。
.
4 应用实例
（三）活性炭纤维
• 活性炭纤维（ACF）是继粉末活性炭（PAC）和粒状活性炭（GAC） 之后的第三代活性碳材料。
.
1 简介
活性炭又称活性炭黑。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，活化时会产生碳 组织缺陷，因此它是一种多 孔性含碳物质，具有很强的 吸附能力。它不仅可以作为 吸附剂，还可以作为脱色剂 和催化剂载体，使它在化学 工业、国防工业、环境保护、 食品工业等方面得到了广泛 的应用。
.
4 应用实例
（一）活性炭微球
• 球形活性炭是20世纪70年代后期由日本、美国、联邦德国和苏联等工业 发达的国家研制开发成功的一种高档活性炭新品种，80年代后后期逐渐 进入工业化阶段。
• 球形活性炭具有均匀的球形外表，表面光滑、力学强度高、比表面积大、 耐磨损、耐腐蚀，长期使用掉屑少，产品杂质含量低等优点。
.
2 制备工艺流程
2.2.1、影响炭活化的主要因素 • (1) 活化温度的影响 • 活化是炭和活化剂在高温下进行的反应。随着温度的升高，
反应速度加快，活化速率加大，但是太高易造成不均匀活 化。在不同的活化温度下，生产的活性炭孔结构不同。活 化温度过高，微孔减少，吸附力下降。一般水蒸气活化法 的活化温度控制在800-950℃，烟道气的活化温度控制在 900-950℃，空气的活化温度控制在600℃左右。
• 制备方法：气相氧化法、液相氧化法和固相氧化法。 • 无论那一种方法，都是将碳纳米管经活化处理及后处理得到活性炭纳
米管。
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4 应用实例
（三）活性炭纤维
• 活性炭纤维（ACF）是继粉末活性炭（PAC）和粒状活性炭（GAC） 之后的第三代活性碳材料。
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1 简介
活性炭又称活性炭黑。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，活化时会产生碳 组织缺陷，因此它是一种多 孔性含碳物质，具有很强的 吸附能力。它不仅可以作为 吸附剂，还可以作为脱色剂 和催化剂载体，使它在化学 工业、国防工业、环境保护、 食品工业等方面得到了广泛 的应用。
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4 应用实例
（一）活性炭微球
• 球形活性炭是20世纪70年代后期由日本、美国、联邦德国和苏联等工业 发达的国家研制开发成功的一种高档活性炭新品种，80年代后后期逐渐 进入工业化阶段。
• 球形活性炭具有均匀的球形外表，表面光滑、力学强度高、比表面积大、 耐磨损、耐腐蚀，长期使用掉屑少，产品杂质含量低等优点。
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2 制备工艺流程
2.2.1、影响炭活化的主要因素 • (1) 活化温度的影响 • 活化是炭和活化剂在高温下进行的反应。随着温度的升高，
反应速度加快，活化速率加大，但是太高易造成不均匀活 化。在不同的活化温度下，生产的活性炭孔结构不同。活 化温度过高，微孔减少，吸附力下降。一般水蒸气活化法 的活化温度控制在800-950℃，烟道气的活化温度控制在 900-950℃，空气的活化温度控制在600℃左右。
碳纤维及其复合材料讲解 ppt课件
➢ 碳纤维制造工艺
1、聚丙烯腈PAN配液->纺丝（湿法/干喷湿纺） ->表面处理->收丝（PAN原丝）
2.
➢ 树脂基复合材料（CFRP/CFRTP)
1、基体树脂CFRP：环氧树脂EP、双马酰亚胺树脂BMI、 热固聚酯亚胺PI、氰酸脂.
2.CFRTP热塑性树脂:聚醚醚酮、聚苯硫醚和聚醚砜主要 生产预浸带料。
总结
➢ 碳纤维复合材料(CFRP)具有轻质、高强度、高刚度、抗疲 劳和耐腐蚀等优异性能。为了解决全球气候变暖、温室气 体排放的环境问题,碳纤维复合材料在大型飞机、风力发电 叶片、汽车部件、石油开采抽油杆、电力输送电缆等领域 的应用将推动节能减排的实现。碳纤维复合材料的使用实 现了材料的轻量化,从而达到了节能减排的目的,碳纤维复合 材料在这些领域的实际应用代表了其技术的成熟度和水平。 随着国产化碳纤维制造关键技术的成熟,通过突破碳纤维复 合材料的低成本制造技术,实现国产碳纤维复合材料在节能 减排方面的应用是现实的。
CARBON FIBER AND ITS COMPOSITE MATERIALS
碳 纤维及其复合材料
张慧 冯浩辉 车腾伟
19 60
用当爱源世 的时迪于界 是的生 上 碳白发世最 纤炽明纪早 维灯电 的 。灯灯年碳
丝的代纤 时，维 期，
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
(2) C/C 复合材料
它是由碳纤维或织物、编织物等增强碳基复合材料构成， 主要由各类碳组成，即纤维碳、树脂碳和沉积碳。
这种材料除具备高强度、高刚性、尺寸稳定、抗氧化和耐 磨损等特性外，还具有较高的断裂韧性和假塑性。在高温 环境中，强度高、不熔不燃，广泛应用于导弹弹头，固体 火箭发动机喷管以及飞机刹车盘等领域。
《碳量子点简介》课件
碳量子点的发现与历史
总结词
碳量子点的发现可以追溯到20世纪80年代，经过多年的研究和发展，已经成为一 种备受关注的新型材料。
详细描述
碳量子点的发现可以追溯到20世纪80年代，当时科学家们开始研究富勒烯和碳纳 米管等碳基纳米材料。随着研究的深入，人们发现碳量子点具有许多独特的性质 和应用潜力，因此开始对其进行广泛的研究和开发。
碳量子点在各领域的应用
总结词
碳量子点在许多领域都有广泛的应用，包括光电、生物医学、能源和环境等。
详细描述
碳量子点在光电领域中用作荧光标记和发光器件的原料；在生物医学领域中用作药物载体和荧光成像剂；在能源 领域中用作电极材料和太阳能电池的光吸收剂；在环境领域中用作重金属离子和有机污染物的检测和去除剂。
《碳量子点简介》ppt课件
目录
• 碳量子点概述 • 碳量子点的制备方法 • 碳量子点的性质与表征 • 碳量子点在各领域的应用研究 • 碳量子点面临的挑战与前景展望
01
碳量子点概述
定义与特性
总结词
碳量子点是一种新型的纳米材料，具有独特的物理和化学特性。
详细描述
碳量子点是由碳元素构成的纳米尺寸（通常小于10纳米）的点状材料。它们具 有优异的稳定性、生物相容性和光物理性质，使其在许多领域具有广泛的应用 前景。
碳量子点可以用于制造光学器件，如光调制器、光开关等 。
05
碳量子点面临的挑战与前景展望
碳量子点稳定性问题
总结词
碳量子点的稳定性是限制其应用的关键因素之一，需要解决其氧化、水解和光降解等问 题。
详细描述
碳量子点是由碳元素构成的零维纳米材料，具有优异的荧光性能和良好的生物相容性， 在生物成像、药物输送、光电器件等领域具有广阔的应用前景。然而，碳量子点在空气 中易被氧化，在水溶液中易发生水解，导致其荧光性能退化，限制了其实际应用。因此
生物炭介绍ppt
S1、将剩余污泥进行碳化，得到磁性污泥生物炭; S2、对所述步骤S1中的磁性污泥生物炭进行碱改性和酸改性，得到改性磁性 污泥生物炭。 S2-1、将磁性污泥生物炭进行碱改性，得到初步改性的磁性污泥生物炭; S2-2、将所述初步改性的磁性污泥生物炭进行酸改性，得到改性磁性污泥生 物炭。 最终所得生物炭可以用来除去水体中的盐酸四环素
生物炭用途-----处理污水
剩余污泥是城市污废水处理厂中活性污泥处理工艺的产物，它作为一种固体废物， ห้องสมุดไป่ตู้采用填埋法进行填埋处理，其产量随着居民生活水平的提高与日俱增，极大地 增加了城市垃圾处理力度与难度。由于剩余污泥中含有大量有机质，因此，以剩 余污泥为原料制备生物炭，为剩余污泥的资源化提供了可能的途径。 以下为简略的生物炭化方式：
生物炭用途-----能源
1、将农林废弃物转化为生2、物生炭产减过少程了中就，地大焚约烧1的/3情转3、况化利，为用收生慢集物速的炭高零，温散1/分的3转解能化可源为以。可产用生于50燃
董事会
财务部
总经理
产品部 销售部
网站运营部
客服部
会计 出纳 物流部 基地部 质量部
大客户部 合作部 售前 售后 技术部 市场部
生物炭不是一般的木炭，是一种碳含量极其丰富的木炭。它是在低氧环 境下，通过高温裂解将木材、草、玉米秆或其它农作物废物碳化。这种 由植物形成的，以固定碳元素为目的的木炭被科学家们称为"生物炭"。它 的理论基础是:生物质，不论是植物还是动物，在没有氧气的情况下燃烧， 都可以形成生物炭。
生物炭几乎是纯碳，埋到地下后可以有几百至上千年不会消失，等于把 碳封存进了土壤。生物炭富含微孔，不但可以补充土壤的有机物含量， 还可以有效地保存水分和养料，提高土壤肥力。生物炭也能提高农业生 产率，减少对碳密集肥料的需求。木炭碎料的孔洞结构十分容易聚集营 养物质和有益微生物，从而使土壤变得肥沃，利于植物生长，实现增产 的同时让农业更具持续性。
生物炭用途-----处理污水
剩余污泥是城市污废水处理厂中活性污泥处理工艺的产物，它作为一种固体废物， ห้องสมุดไป่ตู้采用填埋法进行填埋处理，其产量随着居民生活水平的提高与日俱增，极大地 增加了城市垃圾处理力度与难度。由于剩余污泥中含有大量有机质，因此，以剩 余污泥为原料制备生物炭，为剩余污泥的资源化提供了可能的途径。 以下为简略的生物炭化方式：
生物炭用途-----能源
1、将农林废弃物转化为生2、物生炭产减过少程了中就，地大焚约烧1的/3情转3、况化利，为用收生慢集物速的炭高零，温散1/分的3转解能化可源为以。可产用生于50燃
董事会
财务部
总经理
产品部 销售部
网站运营部
客服部
会计 出纳 物流部 基地部 质量部
大客户部 合作部 售前 售后 技术部 市场部
生物炭不是一般的木炭，是一种碳含量极其丰富的木炭。它是在低氧环 境下，通过高温裂解将木材、草、玉米秆或其它农作物废物碳化。这种 由植物形成的，以固定碳元素为目的的木炭被科学家们称为"生物炭"。它 的理论基础是:生物质，不论是植物还是动物，在没有氧气的情况下燃烧， 都可以形成生物炭。
生物炭几乎是纯碳，埋到地下后可以有几百至上千年不会消失，等于把 碳封存进了土壤。生物炭富含微孔，不但可以补充土壤的有机物含量， 还可以有效地保存水分和养料，提高土壤肥力。生物炭也能提高农业生 产率，减少对碳密集肥料的需求。木炭碎料的孔洞结构十分容易聚集营 养物质和有益微生物，从而使土壤变得肥沃，利于植物生长，实现增产 的同时让农业更具持续性。
碳的化学性质_上课用PPT课件
被叫做还原剂
注意事项：
• （1）酒精灯上加铁丝网是为了 使火焰集中，从而提高温度。
• （2）实验完毕后，要先撤导管 后熄灯。
• （3）要待试管冷却后再把试管 里的粉末倒在纸上观察。
用木炭还原氧化铜的实验如左下图． （1）酒精灯加灯罩的目的使_火_焰__集_中__，_提__高_加__热_的_________ ；
具有还原性．
（因4是）防_止停__水止_被_加_倒_热吸__时进_入_，_试应_管_先_使_将其__导炸_裂管__从__试__管__②_中__撤，出，这样操作的原
（5）如果实验过程中始终无铜生成的可能原因是
反_应_的__温_度__没_有__达_到_______________________________ ．
温度
（2）刚开始预热，试管②中立即产生气泡， 但石灰水不变浑浊，原因是试__管_内__的_空__气_受__热_膨__胀_排__出_______ ；
（3）继续加热，观察到试管①中现象黑_色_变__红_色__ ，②中现象 澄2C__清u__O的__+__C石__=灰__高=__=水温=__=变__2__浑C__u浊__+__C__O_2．__请__你，写②出中试发管生①反中应的的化化学学方方程程式式：是： 氧C_化化a_（铜铜_O_”H_）_）_2+__C__O__2__=__C_发a_C_生O_3还木_+_炭原H_2_反O__应在，这__个__反（应填中“（木填炭“”木或炭“”氧或化“铜氧”）
考考你
如果升高温度,碳是否 会发生反应呢?
课时2 单质碳的化学性质
一、常温下，碳单质的化学性质稳定
二、高温下，碳单质的化学性质较活泼
1、碳与氧气的反应
可燃性
注意事项：
• （1）酒精灯上加铁丝网是为了 使火焰集中，从而提高温度。
• （2）实验完毕后，要先撤导管 后熄灯。
• （3）要待试管冷却后再把试管 里的粉末倒在纸上观察。
用木炭还原氧化铜的实验如左下图． （1）酒精灯加灯罩的目的使_火_焰__集_中__，_提__高_加__热_的_________ ；
具有还原性．
（因4是）防_止停__水止_被_加_倒_热吸__时进_入_，_试应_管_先_使_将其__导炸_裂管__从__试__管__②_中__撤，出，这样操作的原
（5）如果实验过程中始终无铜生成的可能原因是
反_应_的__温_度__没_有__达_到_______________________________ ．
温度
（2）刚开始预热，试管②中立即产生气泡， 但石灰水不变浑浊，原因是试__管_内__的_空__气_受__热_膨__胀_排__出_______ ；
（3）继续加热，观察到试管①中现象黑_色_变__红_色__ ，②中现象 澄2C__清u__O的__+__C石__=灰__高=__=水温=__=变__2__浑C__u浊__+__C__O_2．__请__你，写②出中试发管生①反中应的的化化学学方方程程式式：是： 氧C_化化a_（铜铜_O_”H_）_）_2+__C__O__2__=__C_发a_C_生O_3还木_+_炭原H_2_反O__应在，这__个__反（应填中“（木填炭“”木或炭“”氧或化“铜氧”）
考考你
如果升高温度,碳是否 会发生反应呢?
课时2 单质碳的化学性质
一、常温下，碳单质的化学性质稳定
二、高温下，碳单质的化学性质较活泼
1、碳与氧气的反应
可燃性
神奇的储氢材料――碳纳米管PPT课件
目前的储氢材料都不能满足这一要求。
9
碳纳米管
Carbon nanotube （ＣＮＴ）
由于纳米材料的研究热潮的带动，以碳和 纳米碳材料进行储氢成为新的研究热点。
10
纳米材料(1—100nm)的基本效应 1、小尺寸效应（体积效应） 2、量子尺寸效应 3、宏观量子隧道效应
4、表面效应
11
• 又叫巴基管，碳的同素异形体
2
氢能
hydrogen energy
3氢能被人们称ຫໍສະໝຸດ 理想的“绿色能源”氢能的优越性
1、安全环保：氢气分子量为2，比空气轻1/14，因此氢气泄露 空气中会自动逃离地面，不会形成聚集。而其他燃油燃气均会 聚集地面而构成易燃易爆危险。无味无毒，不会造成人体中毒， 燃料产物仅为水，不污染环境。 2、高温高能：1kg氢气的热值为34000Kcal, 是汽油的三倍。氢 氧焰温度高达2800度，高于常规液体。
31
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
32
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
24
储氢量与储氢压力（温度）关系图
25
氢气释放问题：
2005年7月26日,美国NIST和Turkey's Bilkent大学发 现,钛修饰碳纳米管可以解决有效储氢的两个关键 问题:不但能够吸附足够数量的氢分子,而且可以 在加热时轻易地释放．
研究人员正在试图用碳纳米管制作轻便的可携带 式的储氢容器。
9
碳纳米管
Carbon nanotube （ＣＮＴ）
由于纳米材料的研究热潮的带动，以碳和 纳米碳材料进行储氢成为新的研究热点。
10
纳米材料(1—100nm)的基本效应 1、小尺寸效应（体积效应） 2、量子尺寸效应 3、宏观量子隧道效应
4、表面效应
11
• 又叫巴基管，碳的同素异形体
2
氢能
hydrogen energy
3氢能被人们称ຫໍສະໝຸດ 理想的“绿色能源”氢能的优越性
1、安全环保：氢气分子量为2，比空气轻1/14，因此氢气泄露 空气中会自动逃离地面，不会形成聚集。而其他燃油燃气均会 聚集地面而构成易燃易爆危险。无味无毒，不会造成人体中毒， 燃料产物仅为水，不污染环境。 2、高温高能：1kg氢气的热值为34000Kcal, 是汽油的三倍。氢 氧焰温度高达2800度，高于常规液体。
31
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
32
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
24
储氢量与储氢压力（温度）关系图
25
氢气释放问题：
2005年7月26日,美国NIST和Turkey's Bilkent大学发 现,钛修饰碳纳米管可以解决有效储氢的两个关键 问题:不但能够吸附足够数量的氢分子,而且可以 在加热时轻易地释放．
研究人员正在试图用碳纳米管制作轻便的可携带 式的储氢容器。
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Contents
1 碳的基础知识
2 金刚石与石墨
3 其他传统炭素材料
4
新型碳材料
1
-
一、碳的基础知识
❖汉字“碳”由木炭的“炭”加石字旁构成，从“炭”字音。碳 是人类接触到的最早的元素之一，也是人类利用得最早的元素之 一。尧舜时代，炭黑作为涂料；商朝时，广泛用木炭来冶炼金属， 在冶炼中木炭充当燃料、还原剂。
在 ？
古 代 字
----
不受常 画
容日温 为
易光下 什
起 变 化 。
照 射 或 与 空 气
， 碳 的 化 学 性
么 能 够 保 存
、 11
-
四、新型碳材料
完整的碳系家族
2010获奖
Diamond ： 印 度 金 刚 石 开采的可考历史大约是 1638～1668 年； Graphite：1779年人们才 知道石墨是碳元素的一 种物质形式； Fullerene ： 1985 年 发 现 ， 第三种碳元素的晶体形 态 （ 20 个 六 边 形 +12 个 五 边 形 ）
2
-
一、碳的基础知识
佛罗伦萨科学院大事记：1649年金刚石消失之谜
1772年，拉瓦锡做了燃烧金刚石和木炭的实验 后，确定两种 物质燃烧都产生CO2，因而金刚石和木炭具有相同的成分。
1776年（1787），拉瓦锡借鉴拉丁语的木炭“carbo”，将碳 的英文名定为“Carbon”。并于1789年，碳作为元素被列入第一 张元素表中。
9
钻- 头
三、其他传统炭素材料
木炭
活性炭
焦炭
炭黑
以石墨微晶为基础构成的，其共同点是：由石墨的微小晶体和 少量杂质构成的混合物。不同的炭素材料中，微晶的尺寸和微晶 的三维排列的有序程度有相当大的差别。
炭纤维、多孔碳材料，功能化金刚石薄膜、玻璃炭等。
10
-
水质在我
分很现 国
接 触 ， 都
稳 定 ， 碳
四、新型碳材料
C60的发现
❖1985年，英国Sussex大学的H.W.Kroto和美国Rice大学的Smalley及Curl等人发 表文章，宣布笼形分子C60的发现（一种由60个碳原子组成的稳定原子簇）。 此后又发现了C50、C70、C240乃至C540等，它们都具有空心的球形结构，属于笼 形碳原子簇分子。由于C60的结构类似建筑师Buckminster Fuller设计的圆顶建筑， 因而称为富勒烯(Fullerence)。从化学和材料科学的角度来看，富勒烯具有重要 的学术意义和应用前景。
新型碳材料（New carbons） 金刚石功能材料（薄膜、纳米） 石墨层间化合物 炭纤维（Carbons fibers） 多孔炭（Porous carbons） 玻璃炭（Glass-like carbons） 柔性石墨（Flexible graphite ） 核石墨（Nuclear graphite ） Fullerene、CNTS、 Graphene
I 栏：简单物质 光、热质、氧、氮、氢 II 栏：非金属简单物质 硫、磷、碳、盐酸基、氟酸基、硼 酸基 III栏：金属简单物质 锑、银、砷、铋、钴、铜、锡、铁、 锰、汞、钼、镍、金、铂、铅、钨、锌 3 IV 栏：土类简单物质 石灰、镁土、钡土、铝土、硅土 -
一、碳的基础知识
关于“碳材料”与“炭素材料”
8
-
二、金刚石与石墨
金刚石主要用于精密机械制造、电子工业、光学工业、半导 体工业及化学工业。如固定激光器件的散热片、红外激光器的 窗口材料，各种钻头、磨料等。
天然金刚石稀少，只限于用作装饰品，工业应用以人工合成 金刚石为主。 近年来，金刚石功能化薄膜、微晶金刚石、纳米金刚石拓宽 了传统意义上的金刚石的应用领域。
CNT：1991年日本筑波NEC实验室Sumio·Iijim用HRTEM观察电弧放电后的石墨棒时发现。 Graphene ： 2004 年 ， 物 理 学 教 授 安 德 烈 • 海 姆 (Andre Geim) 和 康 斯 坦 丁 • 诺 沃 肖 洛 夫
（K12ostya Novoselov）博士用一种简单易行的胶带分离法从HOPG中成功制备出了石墨-烯。
❖碳元素是一种平凡而神奇的元素，以多种形式广泛存在于大气 和地壳中，在地壳中的含量为0.027%，能形成多种单质和千万种 化合物。碳—地球上一切生物有机体的骨架元素。
❖碳12是国际单位制中定义摩尔的尺度，以12g碳12中含有的原
子数为1 mol。碳14由于具有较长的半衰期，被广泛用來测定古
物的年代。
利用了石墨具有导电性、润滑性和熔点高
7
-
二、金刚石与石墨
金刚石合成已有40多年的历史。其合成方法大致可分为两类： 石墨转化法（静态超高压高温法+动态法）和气相合成法
1954 年人造金刚石在美国通用电气公司的诞生，揭开了人工合 成金刚石发展的序幕，它是静态高压高温技术发展的重大成果。
化学气相沉积(CVD)金刚石膜的问世是人工合成金刚石技术发 展的第二次大飞跃。20世纪50年代和60年代，美国、苏联等国先 后在低压下实现了金刚石多晶膜的化学气相沉积。1987年“金刚 石薄膜”的合成在世界上兴起，但合成方法归纳起来主要有CVD 和 PVD两类。
-
二、金刚石与石墨
金刚石结构图
石墨：平面网状结构
6
钻石
天然金刚石 -
二、金刚石与石墨
石墨可分为天然石墨和人造石墨，如等静压石墨、模压石墨、挤 压石墨（作电极材料）。
1）作耐火材料，如石墨坩埚、石墨模具; 2）作导电材料：在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、
石墨垫圈，，电视机显像管的涂层等; 3）用于原子能工业和国防工业：作为中子减速剂用于原子反应堆; 4）作铸造、翻砂、压模及高温冶金材料; 5）石墨可作铅笔芯、颜料、抛光剂; 6）作耐磨润滑材料，耐烧蚀材料。
炭素材料是个总称，包括炭素原料和炭素制品，如炭素工业使用的石 油焦、无烟煤、天然石墨属炭素原料；炭素原料经加工制成具有一定 形状及物化性质的产品称炭素制品(如炭质电极、石墨电极、炭纤维)。4Βιβλιοθήκη -一、碳的基础知识
碳材料：
结构多样性 功能多样性
碳材料的分类
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） 5 天然金刚石（Natural diamond）
“炭”与“碳”二字有联系又有区别:
碳：指碳元素、碳单质总体、含碳化合物及其众多的衍生物时用“碳” 如碳水化合物、碳酸盐、碳氢化合物。
炭：指由碳元素形成的单质，指的是具体物质。C/H比在10以上，主 要由碳元素组成、多数为固体材料，如煤炭、焦炭、炭黑、活性炭、 炭电极、炭块、炭纤维等。
“炭素材料”与“炭素制品”的区别与联系
1 碳的基础知识
2 金刚石与石墨
3 其他传统炭素材料
4
新型碳材料
1
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一、碳的基础知识
❖汉字“碳”由木炭的“炭”加石字旁构成，从“炭”字音。碳 是人类接触到的最早的元素之一，也是人类利用得最早的元素之 一。尧舜时代，炭黑作为涂料；商朝时，广泛用木炭来冶炼金属， 在冶炼中木炭充当燃料、还原剂。
在 ？
古 代 字
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不受常 画
容日温 为
易光下 什
起 变 化 。
照 射 或 与 空 气
， 碳 的 化 学 性
么 能 够 保 存
、 11
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四、新型碳材料
完整的碳系家族
2010获奖
Diamond ： 印 度 金 刚 石 开采的可考历史大约是 1638～1668 年； Graphite：1779年人们才 知道石墨是碳元素的一 种物质形式； Fullerene ： 1985 年 发 现 ， 第三种碳元素的晶体形 态 （ 20 个 六 边 形 +12 个 五 边 形 ）
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一、碳的基础知识
佛罗伦萨科学院大事记：1649年金刚石消失之谜
1772年，拉瓦锡做了燃烧金刚石和木炭的实验 后，确定两种 物质燃烧都产生CO2，因而金刚石和木炭具有相同的成分。
1776年（1787），拉瓦锡借鉴拉丁语的木炭“carbo”，将碳 的英文名定为“Carbon”。并于1789年，碳作为元素被列入第一 张元素表中。
9
钻- 头
三、其他传统炭素材料
木炭
活性炭
焦炭
炭黑
以石墨微晶为基础构成的，其共同点是：由石墨的微小晶体和 少量杂质构成的混合物。不同的炭素材料中，微晶的尺寸和微晶 的三维排列的有序程度有相当大的差别。
炭纤维、多孔碳材料，功能化金刚石薄膜、玻璃炭等。
10
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水质在我
分很现 国
接 触 ， 都
稳 定 ， 碳
四、新型碳材料
C60的发现
❖1985年，英国Sussex大学的H.W.Kroto和美国Rice大学的Smalley及Curl等人发 表文章，宣布笼形分子C60的发现（一种由60个碳原子组成的稳定原子簇）。 此后又发现了C50、C70、C240乃至C540等，它们都具有空心的球形结构，属于笼 形碳原子簇分子。由于C60的结构类似建筑师Buckminster Fuller设计的圆顶建筑， 因而称为富勒烯(Fullerence)。从化学和材料科学的角度来看，富勒烯具有重要 的学术意义和应用前景。
新型碳材料（New carbons） 金刚石功能材料（薄膜、纳米） 石墨层间化合物 炭纤维（Carbons fibers） 多孔炭（Porous carbons） 玻璃炭（Glass-like carbons） 柔性石墨（Flexible graphite ） 核石墨（Nuclear graphite ） Fullerene、CNTS、 Graphene
I 栏：简单物质 光、热质、氧、氮、氢 II 栏：非金属简单物质 硫、磷、碳、盐酸基、氟酸基、硼 酸基 III栏：金属简单物质 锑、银、砷、铋、钴、铜、锡、铁、 锰、汞、钼、镍、金、铂、铅、钨、锌 3 IV 栏：土类简单物质 石灰、镁土、钡土、铝土、硅土 -
一、碳的基础知识
关于“碳材料”与“炭素材料”
8
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二、金刚石与石墨
金刚石主要用于精密机械制造、电子工业、光学工业、半导 体工业及化学工业。如固定激光器件的散热片、红外激光器的 窗口材料，各种钻头、磨料等。
天然金刚石稀少，只限于用作装饰品，工业应用以人工合成 金刚石为主。 近年来，金刚石功能化薄膜、微晶金刚石、纳米金刚石拓宽 了传统意义上的金刚石的应用领域。
CNT：1991年日本筑波NEC实验室Sumio·Iijim用HRTEM观察电弧放电后的石墨棒时发现。 Graphene ： 2004 年 ， 物 理 学 教 授 安 德 烈 • 海 姆 (Andre Geim) 和 康 斯 坦 丁 • 诺 沃 肖 洛 夫
（K12ostya Novoselov）博士用一种简单易行的胶带分离法从HOPG中成功制备出了石墨-烯。
❖碳元素是一种平凡而神奇的元素，以多种形式广泛存在于大气 和地壳中，在地壳中的含量为0.027%，能形成多种单质和千万种 化合物。碳—地球上一切生物有机体的骨架元素。
❖碳12是国际单位制中定义摩尔的尺度，以12g碳12中含有的原
子数为1 mol。碳14由于具有较长的半衰期，被广泛用來测定古
物的年代。
利用了石墨具有导电性、润滑性和熔点高
7
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二、金刚石与石墨
金刚石合成已有40多年的历史。其合成方法大致可分为两类： 石墨转化法（静态超高压高温法+动态法）和气相合成法
1954 年人造金刚石在美国通用电气公司的诞生，揭开了人工合 成金刚石发展的序幕，它是静态高压高温技术发展的重大成果。
化学气相沉积(CVD)金刚石膜的问世是人工合成金刚石技术发 展的第二次大飞跃。20世纪50年代和60年代，美国、苏联等国先 后在低压下实现了金刚石多晶膜的化学气相沉积。1987年“金刚 石薄膜”的合成在世界上兴起，但合成方法归纳起来主要有CVD 和 PVD两类。
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二、金刚石与石墨
金刚石结构图
石墨：平面网状结构
6
钻石
天然金刚石 -
二、金刚石与石墨
石墨可分为天然石墨和人造石墨，如等静压石墨、模压石墨、挤 压石墨（作电极材料）。
1）作耐火材料，如石墨坩埚、石墨模具; 2）作导电材料：在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、
石墨垫圈，，电视机显像管的涂层等; 3）用于原子能工业和国防工业：作为中子减速剂用于原子反应堆; 4）作铸造、翻砂、压模及高温冶金材料; 5）石墨可作铅笔芯、颜料、抛光剂; 6）作耐磨润滑材料，耐烧蚀材料。
炭素材料是个总称，包括炭素原料和炭素制品，如炭素工业使用的石 油焦、无烟煤、天然石墨属炭素原料；炭素原料经加工制成具有一定 形状及物化性质的产品称炭素制品(如炭质电极、石墨电极、炭纤维)。4Βιβλιοθήκη -一、碳的基础知识
碳材料：
结构多样性 功能多样性
碳材料的分类
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） 5 天然金刚石（Natural diamond）
“炭”与“碳”二字有联系又有区别:
碳：指碳元素、碳单质总体、含碳化合物及其众多的衍生物时用“碳” 如碳水化合物、碳酸盐、碳氢化合物。
炭：指由碳元素形成的单质，指的是具体物质。C/H比在10以上，主 要由碳元素组成、多数为固体材料，如煤炭、焦炭、炭黑、活性炭、 炭电极、炭块、炭纤维等。
“炭素材料”与“炭素制品”的区别与联系