碳納米材料概述

《碳納米材料概述》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、微納碳球讀書報告碳納米材料概述學院：化生材學院名字：唐海學號：1020560120納米碳材料是指分散相尺度至少有一維小于lOOnm的碳材料。分散相既可以由碳原子組成，也可以由異種原了(非碳原了)組成，甚至可以是納米孔。納米碳材料主要包括三種類型：碳納米管，碳納米纖維，納米碳球。近年來，碳納米技術(shù)的研究相當活躍，多種多樣的納米碳結(jié)品、針狀、棒狀、桶狀等層出不窮。2000年德國和美國科學家還制備出由20個碳原了組成的空心籠狀分了。根據(jù)理論推算，包含20個碳原了僅是由正五邊形構(gòu)成的，C60分了是富勒烯式結(jié)構(gòu)分了屮最小的—?利

2、「，考慮到原于間結(jié)合的角度、力度等問題，人們一直認為這類分子很不穩(wěn)定，難以存在。徳、美科學家制出了C60籠狀分子為材料學領(lǐng)域解決了一個重要的研究課題。碳納米材料中納米碳纖維、納米碳管等新型碳材料具啟許多優(yōu)異的物理和化學特性，被廣泛地應用于諸多領(lǐng)域。分類(1)碳納米管碳納米管是由碳原子形成的石墨烯片層卷成的無縫、屮空的管體，一般可分為單壁碳納米管、多壁碳納米管和雙壁碳納米管。(2)碳纖維分為丙烯睛碳纖維和瀝青碳纖維兩種。碳纖維質(zhì)輕于鋁而強力高于鋼，它的比重是鐵的1/4,強力是鐵的10倍，除了冇高超的強力外，其化學性能非常

3、穩(wěn)定，耐腐蝕性高，同時耐高溫和低溫、耐輻射、消臭。碳纖維可以使用在各種不同的領(lǐng)域，由于制造成本高，大量用于航空器材、運動器械、建筑工程的結(jié)構(gòu)材料。美國伊利諾伊大學發(fā)明了一種廉價碳纖維，有高強力的韌性，同吋有很強勁的吸附能力、能過濾有毒的氣體和有害的生物，可用于制造防毒衣、面罩、手套和防護性服裝等。(3)碳球根據(jù)尺寸人小將碳球分為：(1)富勒烯族系Cn和洋蔥碳(具有封閉的石墨層結(jié)構(gòu)，直徑在2—20nmZ間)，如C60,C70等；(2)未完全石墨化的納米碳球，直徑在50nm一1mZ間；⑶碳微珠，直徑在Hum以上。另外，根據(jù)

4、碳球的結(jié)構(gòu)形貌可分為空心碳球、實心硬碳球、多孔碳球、核殼結(jié)構(gòu)碳球和膠狀碳球等。碳納米材料的性質(zhì)及相關(guān)應用1.力學(1)超強纖維碳納米管具有彈性高、密度低、絕熱性好、強度高、隱身性優(yōu)越、紅外吸收性好、疏水性強等優(yōu)點，它可以與普通纖維混紡來制成防彈保暖隱身的軍用裝備。(2)材料增強體川于增強金屬、陶瓷和冇機材料等。并R結(jié)合碳納米管的導熱導電特性，能夠制備自愈合材料。2.隱身材料碳納米管對紅外和電磁波有隱身作用：納米微粒尺寸遠小于紅外及雷達波波長,因此納米微粒材料對這種波的透過率比常規(guī)材料要強得多,這就大大減少波的反射率；納

5、米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3?4個數(shù)量級，對紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多。因此，紅外探測器及雷達得到的反射信號強度人人降低，很難發(fā)現(xiàn)被探測口標,起到了隱身作用。山于發(fā)射到該材料表而的電磁波被吸收，不產(chǎn)牛反射，因此而達到隱形效果。1.能源⑴儲氫材料按5人座的轎車行使5()0公里計算，需要3.1Kg的氫氣，以正常的油箱體積計算，氫氣的存儲密度應冇6.5wt%,H前的儲氫材料都不能滿足這一要求。碳納米管由于其管道結(jié)構(gòu)及多壁碳管Z間的類石墨層空隙，使其成為最有潛力的儲氫材料，國外學者證明在室溫和不到Iba「的

6、壓力下，單壁碳管可以吸附氫氣5-10wt%o根據(jù)理論推算和近期反復驗證，普遍認為碳納米管的可逆儲/放氫量在5wt%左右，即使5wt%，也是迄今為止最好的儲氫材料。(2)鋰離子電池鋰離子電池正朝髙能量密度方向發(fā)展，最終為電動汽車配套，并真正成為工業(yè)應用的非化石發(fā)電的綠色可持續(xù)能源，因此要求材料具有高的可逆容量。碳納米管的層間距略大于石墨的層間距，充放電容量人于石墨，而且碳納米管的筒狀結(jié)構(gòu)在多次充?放電循壞后不會塌陷，循壞性好。堿金屬如鋰離子和碳納米管有強的相互作丿IJ。川碳納米管做負極材料做成的鋰電池的首次放電容量高達1

7、60()mAh/g,可逆容量為700mAh/g,遠大于石墨的理論可逆容量372mAh/go4?納米器件(納米導線)碳納米管的肓徑僅數(shù)納米至數(shù)十納米，耐電流密度可達銅的100多倍，可以作為超級耐高電流密度的布線材料，半導體型的碳納米管還町以川來構(gòu)筑納米場效應晶體管、單電子晶體管等納米器件，變頻器、邏輯電路以及環(huán)形振蕩器等各種邏輯電路。IBM的研究人員己經(jīng)在單一“碳納米管”分子上構(gòu)建了首個的完整電子集成電路，比當今的硅半導體技術(shù)貝有更為強人的性能，具有里程碑式的重大意義。5.電子器件(1)場致發(fā)射納米級發(fā)射尖端、大長徑比、

8、高強度、高韌性、良好的熱穩(wěn)定性和導電性等，使得碳納米管成為理想的場致發(fā)射材料!有望在冷發(fā)射電子槍、平板顯示器等眾多領(lǐng)域中獲得應川。FI本已制出該類技術(shù)的彩色電視機樣機，其圖象分辨率是目麗已知其它技術(shù)所不可能達到的。用碳納米管制成的電了槍與傳統(tǒng)的相比，不但具冇在空氣中穩(wěn)定、易制作的特點，而且具有較低的工作電壓和人的發(fā)射電流，適用于制