碳材料PPT课件
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碳碳复合材料ppt课件
❖ 树脂碳化后产生较大收缩； ❖ 一般浸渍－碳化需经过5～6次，才能达到预制体致密的要求
（1.7～1.8g/cm3）。
◆ 树脂液态浸渍-碳化工艺
碳化过程的热处理温度对体积收缩影响
浸渍-碳化循环次数对致密化影响
◆ 树脂液态浸渍-碳化工艺
收缩曲线反映了酚醛树脂碳化的体积收缩特点：
❖ 在温度低于500℃时，主要是缩水，形成水蒸气逸出，体积收缩约 40％；
这种工艺能够进一步减少 浸渍－碳化次数，获得高致 密性、性能优良的沥青碳基 体的C/C复合材料。
● HIPIC工艺
● HIPIC工艺过程：
❖ 将已经压力浸渍沥青的预制体 放入石墨罐，并以沥青填充；
❖ 将石墨罐密封，排气（真空）， 放置HIP炉的工作区；
❖ 按工艺规范加热，加压； ❖ 低温(180℃)时，填充沥青压入
◆ 树脂与沥青特性
◆ 树脂与沥青碳化特性
★ 酚醛及呋喃树脂碳化特性
酚醛及呋喃树脂经高温热解后碳化，所形成的碳为无定形碳微晶结 构、乱层结构）。
偏光下呈各向同性，无偏光效应。一般，树脂碳属硬碳或不易（难） 石墨化的碳。
◆ 树脂与沥青碳化特性
★ 沥青碳化特性 沥青是由多种多环芳香烃碳氢化合物所组成。一般分为： ● 热固性沥青烯（BS）：不溶于石油醚，但溶于苯和甲苯； ● –树脂（ BI ）：不溶于苯和甲苯，但溶于喹啉或吡啶； ● –树脂（ QI ）：不溶于喹啉或吡啶，高分子量芳香族化合物。
（1.7～1.8g/cm3）。
◆ 树脂液态浸渍-碳化工艺
碳化过程的热处理温度对体积收缩影响
浸渍-碳化循环次数对致密化影响
◆ 树脂液态浸渍-碳化工艺
收缩曲线反映了酚醛树脂碳化的体积收缩特点：
❖ 在温度低于500℃时，主要是缩水，形成水蒸气逸出，体积收缩约 40％；
这种工艺能够进一步减少 浸渍－碳化次数，获得高致 密性、性能优良的沥青碳基 体的C/C复合材料。
● HIPIC工艺
● HIPIC工艺过程：
❖ 将已经压力浸渍沥青的预制体 放入石墨罐，并以沥青填充；
❖ 将石墨罐密封，排气（真空）， 放置HIP炉的工作区；
❖ 按工艺规范加热，加压； ❖ 低温(180℃)时，填充沥青压入
◆ 树脂与沥青特性
◆ 树脂与沥青碳化特性
★ 酚醛及呋喃树脂碳化特性
酚醛及呋喃树脂经高温热解后碳化，所形成的碳为无定形碳微晶结 构、乱层结构）。
偏光下呈各向同性，无偏光效应。一般，树脂碳属硬碳或不易（难） 石墨化的碳。
◆ 树脂与沥青碳化特性
★ 沥青碳化特性 沥青是由多种多环芳香烃碳氢化合物所组成。一般分为： ● 热固性沥青烯（BS）：不溶于石油醚，但溶于苯和甲苯； ● –树脂（ BI ）：不溶于苯和甲苯，但溶于喹啉或吡啶； ● –树脂（ QI ）：不溶于喹啉或吡啶，高分子量芳香族化合物。
碳元素ppt课件
。
03
碳元素的应用
碳在燃料中的应用
燃料中的碳
碳是燃料的主要成分，如煤、石油和天然气等化石燃料。 碳在燃烧过程中与氧气结合，释放出能量，为工业和交通 提供动力。
清洁能源中的碳
随着环保意识的提高，碳在可再生能源中的应用也越来越 广泛。例如，生物质能和核能等清洁能源中都含有碳元素 。
碳捕获与储存
为了减少温室气体排放，碳捕获与储存技术正在不断发展 。该技术通过捕获燃烧过程中产生的二氧化碳，并将其储 存于地下岩层中，以减少温室气体的排放。
04
碳元素与环境问题
温室效应与碳排放
1 2 3
温室效应
大气中的温室气体，如二氧化碳和水蒸气，能够 吸收和重新辐射热量，导致地球表面温度升高。
碳排放
人类活动，如燃烧化石燃料和森林砍伐，释放大 量二氧化碳和其他温室气体到大气中，加剧温室 效应。
碳排放的来源
主要包括工业生产、交通运输、能源生产和消费 等。
碳元素与其他元素的关系
与氧元素的关系
碳与氧可以形成多种化合物，如 一氧化碳、二氧化碳和碳酸盐等
。
与氢元素的关系
碳与氢可以形成烃类化合物，如烷 烃、烯烃和芳香烃等。
与氮元素的关系
碳与氮可以形成多种化合物，如氰 化物和腈等。
02
碳循环
碳的生物循环
生物呼吸作用
碳材料氮化碳课件
电子。
在氮化碳中，碳原子的四个价电 子与四个氮原子的三个价电子形 成共价键，形成一个稳定的分子
。
氮化碳的电子结构具有较高的稳 定性，使其具有优良的物理和化
学性质。
物理性质
氮化碳是一种硬度很高的材料 ，其硬度仅次于金刚石，具有 较高的抗磨损和抗划痕性能。
氮化碳的熔点很高，达到3000 摄氏度以上，使其在高温环境 下具有优良的稳定性。
02
表面修饰可以改变氮化碳的表面 能、润湿性、化学反应活性等， 提高其在复合材料、涂层和生物 医学等领域的应用效果。
结构调控
结构调控是通过改变氮化碳的晶体结构和相组成来调控其物理和化学性质。
结构调控可以改变氮化碳的电子结构、光学性能、电导率等，提高其在光电器件 、传感器和能源存储等领域的应用效果。同时，结构调控还可以通过控制氮化碳 的形貌和尺寸来调控其功能和性能。
03
氮化碳的结构与性质
晶体结构
氮化碳是一种由碳和氮元素组成的化合物，其晶体结构为六方晶系，空间群为 P63/mmc。
在晶体结构中，每个碳原子与四个氮原子形成四个共价单键，形成一个稳定的六元 环结构。
氮化碳的晶体结构中，每个原子都处于六方密排的晶格位置，形成了高度对称的结 构。
电子结构
氮化碳的电子结构由价电子和空 轨道组成，其中每个碳原子有四 个价电子，每个氮原子有三个价
总结词
在氮化碳中，碳原子的四个价电 子与四个氮原子的三个价电子形 成共价键，形成一个稳定的分子
。
氮化碳的电子结构具有较高的稳 定性，使其具有优良的物理和化
学性质。
物理性质
氮化碳是一种硬度很高的材料 ，其硬度仅次于金刚石，具有 较高的抗磨损和抗划痕性能。
氮化碳的熔点很高，达到3000 摄氏度以上，使其在高温环境 下具有优良的稳定性。
02
表面修饰可以改变氮化碳的表面 能、润湿性、化学反应活性等， 提高其在复合材料、涂层和生物 医学等领域的应用效果。
结构调控
结构调控是通过改变氮化碳的晶体结构和相组成来调控其物理和化学性质。
结构调控可以改变氮化碳的电子结构、光学性能、电导率等，提高其在光电器件 、传感器和能源存储等领域的应用效果。同时，结构调控还可以通过控制氮化碳 的形貌和尺寸来调控其功能和性能。
03
氮化碳的结构与性质
晶体结构
氮化碳是一种由碳和氮元素组成的化合物，其晶体结构为六方晶系，空间群为 P63/mmc。
在晶体结构中，每个碳原子与四个氮原子形成四个共价单键，形成一个稳定的六元 环结构。
氮化碳的晶体结构中，每个原子都处于六方密排的晶格位置，形成了高度对称的结 构。
电子结构
氮化碳的电子结构由价电子和空 轨道组成，其中每个碳原子有四 个价电子，每个氮原子有三个价
总结词
碳及其化合物课件(共45张)
烯烃的聚合反应
烯烃可发生聚合反应，生成高 分子化合物。
烯烃的异构化反应
烯烃可在酸性或碱性条件下发 生异构化反应。
炔烃的性质
炔烃的加成反应
炔烃可发生加成反应，如与氢气、卤素等发 生反应。
炔烃的聚合反应
炔烃可发生聚合反应，生成高分子化合物。
炔烃的氧化反应
炔烃在氧化剂的作用下可被氧化生成酮或羧 酸。
炔烃的异构化反应
碳及其化合物课件
目录
• 碳元素简介 • 碳化合物种类 • 碳化合物性质 • 碳化合物合成与转化 • 碳化合物应用
01
碳元素简介
碳的物理性质
碳是一种非金属元素，在自然界中以 多种形态存在，如石墨、金刚石、煤 炭和石墨烯等。
碳的原子序数为6，原子量为12.011 ，在周期表中的位置是第二周期第 IVA族。
同位素之间的差异主要在于中子 数不同，因此它们的核子数和原
子量也不同。
同位素在自然界中的丰度不同， C的丰度最高，约98.89%，C和
C的丰度较低。
02
碳化合物种类
烃类化合物
烷烃
烯烃
由碳和氢元素组成的化合物，碳原子之间 通过单键连接，分子式通式为CnH2n+2。
含有碳碳双键的烃类化合物，分子式通式 为CnH2n。
。
高分子材料
碳化合物中的聚合物可用于生产 各种高分子材料，如塑料、橡胶
《碳单质的化学性质》课件
《碳单质的化学性质》 PPT课件
本PPT介绍碳单质的化学性质。包括碳单质的基本介绍、化学反应、实际应用、 安全使用方法等。适用于高中或大学化学专业相关课程的教学。
碳单质的基本介绍
定义
碳单质是由碳原子构成的纯净物质，是化学元素周期表中第六位的元素。
物理性质
碳单质有两种主要的晶体形式：金刚石和石墨。金刚石坚硬，石墨具有良好的导电性。
碳单质的实际应用
电子行业
钢铁冶炼
医疗行业
碳单质广泛用于电子行业，如制 造半导体器件、电池和显示屏等。
碳单质是冶金过程中不可缺少的 材料，用于还原矿石、炼制钢铁。
碳单质在医疗行业中用于制备生 物材料和医疗设备，如人工关节 和植入物。
碳单质的安全使用方法
1 危害
碳单质可引起呼吸道疾病和烟尘病，遇火可引发爆炸。
2 防护措施
使用时应佩戴防护眼镜和口罩，保持通风良好的工作环境，妥善存放和处理。
结束语
通过本课件，我们详细了解了碳单质的化学性质。它在各个领域都有重要的 应用，未来的研究方向主要集中在碳材料的合成和应用。
结构
碳原子有四个电子，可以形成多种化学键，包括单键、双键和三键，从而形成不同的化合物。
碳单质的化学反应
1
氧化反应
碳单质可以与氧气发生燃烧反应，生成二氧化碳。也可与氧化剂反应，产生其他 氧化物。
本PPT介绍碳单质的化学性质。包括碳单质的基本介绍、化学反应、实际应用、 安全使用方法等。适用于高中或大学化学专业相关课程的教学。
碳单质的基本介绍
定义
碳单质是由碳原子构成的纯净物质，是化学元素周期表中第六位的元素。
物理性质
碳单质有两种主要的晶体形式：金刚石和石墨。金刚石坚硬，石墨具有良好的导电性。
碳单质的实际应用
电子行业
钢铁冶炼
医疗行业
碳单质广泛用于电子行业，如制 造半导体器件、电池和显示屏等。
碳单质是冶金过程中不可缺少的 材料，用于还原矿石、炼制钢铁。
碳单质在医疗行业中用于制备生 物材料和医疗设备，如人工关节 和植入物。
碳单质的安全使用方法
1 危害
碳单质可引起呼吸道疾病和烟尘病，遇火可引发爆炸。
2 防护措施
使用时应佩戴防护眼镜和口罩，保持通风良好的工作环境，妥善存放和处理。
结束语
通过本课件，我们详细了解了碳单质的化学性质。它在各个领域都有重要的 应用，未来的研究方向主要集中在碳材料的合成和应用。
结构
碳原子有四个电子，可以形成多种化学键，包括单键、双键和三键，从而形成不同的化合物。
碳单质的化学反应
1
氧化反应
碳单质可以与氧气发生燃烧反应，生成二氧化碳。也可与氧化剂反应，产生其他 氧化物。
多孔炭材料ppt课件
不同恒温时间前驱体制得活性炭中孔孔径分布
3
D e s o r p t i o n D v ( d/)g / c m
0.020 0.016 0.012 0.008 0.004 0.000
2
A C -h1 A C -h2 A C -h3 A C -h4
4
6
8
10
Pore D iam eter / nm
瓷管
气体流量计
尾气吸收装置
KOH活化机理
一般认为，碳材料与KOH的主要反应方程为： 4 K O C K H 2 C 3 O K 2 O 2 H 2
还有如下反应发生： 2 KO K H 2O H 2O CH 2O H 2CO
C O H 2O H 2C2O
K2OC2O K2C3O
我国的AC产量也一直呈上升的趋势，单从出口来看，我 国早在1995年就已超过美国，成为活性炭最大的出口国。
高比表面积活性炭的研究进展
早在20世纪70年代，美、日等国已开展高比表面AC的研 究工作，并获得比表面积>3000m2/g的实验室样品。
AMOCO公司研究发现，在煤或石油焦中加入数倍的碱活 化处理可使AC比表面迅速提高，得到前所未有的高吸附 容量的AC。从此采用KOH作活化剂的化学活化法制备高 比表面积、性能良好AC的新型方法及产品不断出现。
化学活化法工艺流程图
碳碳复合材料PPT课件
10
• 4 摩擦磨损性能 碳/碳复合材料中碳纤维的微观组织为乱层
石墨结构,其摩擦系数比石墨高,特别是它的高温 性能特点,在高速高能量条件下摩擦升温高达 1000 ℃以上时,其摩擦性能仍然保持平稳,这是 其它材料所不具备的。因此,碳/碳复合材料为军 用和民用飞机的刹车盘材料越来越广泛。
11
四、碳/碳复合材料制备及加工
据文献报导，车削该复合材的料所得到 的切削用量各要素对切削力的影响规律与 切削一般脆性材料的基本一致。虽然基体 硬度较低，切削力数值不大，但材料中硬 质点对刀具的磨损比较严重，故选用CBN为 宜。因材料为脆性，故切屑常呈粉末状， 必须用吸屑法来排屑。
16
五、碳/碳复合材料的应用
碳/碳 复合材料作为优异的热结构 功能一体化工程材料，自1958年诞生以 来，在军工方面得到了长足的发展，其 中最重要的用途是用于制造导弹的弹头 部件 由于其耐高温，摩擦性好，目前已 广泛用于固体火箭发动机喷管、航天飞 机结构部件飞机及赛车的刹车装置、热 元件和机械紧固件、热交换器、航空发 动的热端部件等。
碳/碳复合材料
1
碳/碳复合材料
• 一、概述 • 二、碳/碳复合材料的组成及微观结构 • 三、碳/碳复合材料的性能 • 四、碳/碳复合材料制备及其加工 • 五、碳/碳复合材料的应用 • 六、碳/碳复合材料的氧化及防氧化 • 七、碳/碳复合材料的研究方向和不足
• 4 摩擦磨损性能 碳/碳复合材料中碳纤维的微观组织为乱层
石墨结构,其摩擦系数比石墨高,特别是它的高温 性能特点,在高速高能量条件下摩擦升温高达 1000 ℃以上时,其摩擦性能仍然保持平稳,这是 其它材料所不具备的。因此,碳/碳复合材料为军 用和民用飞机的刹车盘材料越来越广泛。
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四、碳/碳复合材料制备及加工
据文献报导，车削该复合材的料所得到 的切削用量各要素对切削力的影响规律与 切削一般脆性材料的基本一致。虽然基体 硬度较低，切削力数值不大，但材料中硬 质点对刀具的磨损比较严重，故选用CBN为 宜。因材料为脆性，故切屑常呈粉末状， 必须用吸屑法来排屑。
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五、碳/碳复合材料的应用
碳/碳 复合材料作为优异的热结构 功能一体化工程材料，自1958年诞生以 来，在军工方面得到了长足的发展，其 中最重要的用途是用于制造导弹的弹头 部件 由于其耐高温，摩擦性好，目前已 广泛用于固体火箭发动机喷管、航天飞 机结构部件飞机及赛车的刹车装置、热 元件和机械紧固件、热交换器、航空发 动的热端部件等。
碳/碳复合材料
1
碳/碳复合材料
• 一、概述 • 二、碳/碳复合材料的组成及微观结构 • 三、碳/碳复合材料的性能 • 四、碳/碳复合材料制备及其加工 • 五、碳/碳复合材料的应用 • 六、碳/碳复合材料的氧化及防氧化 • 七、碳/碳复合材料的研究方向和不足
碳纳米材料ppt课件
25
Results and discussion
❖ Nanosize materials with large surface area can provide more active sites for Li+ intercalation/de-intercalation and shorten the diffusion length for lithium ions in the solid phase.
ethylene carbonate 碳酸亚乙酯(EC) and dimethyl carbonate 碳酸二甲酯(DMC) with a weight ratio of 1:1
10
Experiment
❖ Pure lithium foil was used as counter and reference electrode
❖ in the region B :carbon layer, which presents numerous black spots, indicating that the surface of the nanorod is covered with a thin layer of amorphous carbon. On the edge of the nanorod, a thin carbon layer with a thickness of 1–2 nm is clearly visible.
Results and discussion
❖ Nanosize materials with large surface area can provide more active sites for Li+ intercalation/de-intercalation and shorten the diffusion length for lithium ions in the solid phase.
ethylene carbonate 碳酸亚乙酯(EC) and dimethyl carbonate 碳酸二甲酯(DMC) with a weight ratio of 1:1
10
Experiment
❖ Pure lithium foil was used as counter and reference electrode
❖ in the region B :carbon layer, which presents numerous black spots, indicating that the surface of the nanorod is covered with a thin layer of amorphous carbon. On the edge of the nanorod, a thin carbon layer with a thickness of 1–2 nm is clearly visible.
碳材料科学ppt课件
14
15
炭纤维 纳米管/树脂复合材料
炭微球 C/C复合材料
16
金属填充富勒烯
17
金刚石
金刚石薄膜
18
1990年和1991年金刚石和C60分获Science明星分 子；
1996年 美国Rice大学 R F Curl R. E. Smalley
英国Sussex 大学 H. W. Kroto
20nm
HREM images of carbon encapsulated iron nanorods from YD heated at 480 ℃ in the presence of ferrocene content of 40.0 wt. %
The iron full-filled carbon nanorubes
课程编号:MSE515 学时：40 学分：2.5
第一部分 碳的多样性，
碳科学的形成、发展与核心问题（4学时）
第二部分 碳的结构与性质（8学时）
★ 基本结晶形式-金刚石、石墨、富勒烯、咔宾
★ 碳的结构 ★ 碳的特性
课程内容-1 9
课程内容-2
第三部分 有机化合物的炭化途径（16-18学时）
一、气相炭化（4学时） 二、液相炭化—中间相理论与应用（8学时） 三、固相炭化与多相炭化（4学时）
13
C 的演变
碳在宇宙进化中起着重要的作用，是宇宙中前期生物分子进 化的关键元素。
15
炭纤维 纳米管/树脂复合材料
炭微球 C/C复合材料
16
金属填充富勒烯
17
金刚石
金刚石薄膜
18
1990年和1991年金刚石和C60分获Science明星分 子；
1996年 美国Rice大学 R F Curl R. E. Smalley
英国Sussex 大学 H. W. Kroto
20nm
HREM images of carbon encapsulated iron nanorods from YD heated at 480 ℃ in the presence of ferrocene content of 40.0 wt. %
The iron full-filled carbon nanorubes
课程编号:MSE515 学时：40 学分：2.5
第一部分 碳的多样性，
碳科学的形成、发展与核心问题（4学时）
第二部分 碳的结构与性质（8学时）
★ 基本结晶形式-金刚石、石墨、富勒烯、咔宾
★ 碳的结构 ★ 碳的特性
课程内容-1 9
课程内容-2
第三部分 有机化合物的炭化途径（16-18学时）
一、气相炭化（4学时） 二、液相炭化—中间相理论与应用（8学时） 三、固相炭化与多相炭化（4学时）
13
C 的演变
碳在宇宙进化中起着重要的作用，是宇宙中前期生物分子进 化的关键元素。
碳碳(C、C)复合材料介绍PPT(38张)
和“石墨”比较 和“陶瓷”比较
更高的强度 更好的韧性，不易破碎
更好的韧性，不易破碎 不易粘结（不会胶合） 耐热冲击性好 容易加工
和“树脂”比较
良好的耐热性 良好的耐腐蚀性 高的耐摩擦性
C/C复合材料应用领域介绍
耐热材料领域
C/C复合材料 C/C金属复合材料
优良的耐热性能及低Βιβλιοθήκη Baidu量，可作为金属热处理过程中的工具，如烧制垫 板，料盒，以及高温炉内耐温材料。可以提高成品率及生产效率
耐热材料领域-炉内材料-保护用异形板
•C/C复合材料的螺栓螺母可以在2000℃高温下使用 •产品具有石墨的“没有热变形”的优点，而且可以多次使用没有热损伤，且容易 移动。 •也可以根据客户的不同要求生产不同尺寸的产品。 •全螺产品及一些标准螺栓都有库存，如有需要，可即刻按照需求交货。
耐热材料领域-炉内材料-垫片
对于连续高温炉，一般其设计和制造都会采用标准品。 当炉内运送重物时，一般会采用薄钢板。 C/C复合材料与原来的耐热刚质辊棒相比，其不同之处在 于C/C耐热性能高，不需要进行水冷。因此可以提高炉内的 保温性。并且避免水冷系统漏水的问题。 同时，由于C/C材料几乎没有热变性，可以大幅降低维修 的次数，提高生产效率。 C/C辊棒本身质量轻，能够减少炉内20~50%的能量损耗。
•此外，由于热处理的使用条件各不相同， 还需要客户根据各自的使用情况选择合适 的产品。
碳材料科学ppt课件
—金属颗粒和金属线
2、碳纳米洋葱（实心和空心）
3、纳米碳管、石墨烯及其树脂基复 合材料
新型能源炭材料
4、介孔碳材料（有序，气凝胶）
1、Li+电池负极材料炭材料的设计
—炭基材料（天然石墨、树脂炭、碳管、石墨烯等）
2、大功率充放动力型锂电池电极材料 —纳米碳/金属复合材料
3、超级电容器电极材料
3
炭 微 球
锂离子电池现已广泛 用作诸如移动电话、 便携式电脑、摄像机、 照相机等袖珍贵重家 用电器的电源，并已 在航空、航天、航海、 人造卫星及军用通讯 设备领域中逐渐替代 传统的电池。
1、发展电动汽车用大容量锂离子电池； 2、开发及使用新的高性能电极材料； 3、加速聚合物锂离子电池的实用化进程
8
课程简介
通过对炭科学基础理论和多样炭结构、性能和形成机理的 介绍，使学生掌握炭材料的基本结构、性能、成炭原理和应用 领域，并对炭科学的发展趋势和新型炭材料的开发有一初步了 解。
Length: 150-250 nm Diameter: 30-40 nm
Carbon shell: 5-8 nm
Highly dispersed
Straightly No entangled network
Metal species were continuously filled in carbon shells.
常见碳材料PPT课件
（2）G-band(~1580cm-1)是由碳环或长链中 的所有sp2原子对的拉伸运动产生的。
（3）缺陷和无序诱导D-band（~1360cm-1）的产生。
（4）一般我们用D峰与G峰的强度比来衡量碳材料 的无序度。
精选ppt课件2021
4
商用石墨
1355cm-1峰的出现归结于微晶尺寸效应使得没 有拉曼活性的某些声子在选择定则改变后变得 有了拉曼活性。 发现D模对于拉曼活性G模的相对强度与样品中 石墨微晶尺寸的大小相关。
石墨的拉曼光谱
❖ 自然界中并不存在宏观尺寸的石墨单晶，而是含有许许多 多任意取向的微小晶粒（100um）。
❖ 高定向热解石墨（HOPG）是人工生长的一种石墨，其碳 平面几乎完美地沿其垂直方向堆叠，然而沿着石墨平面内， 晶粒仍然存在任意取向但非常小。
精选ppt课件2021
3
（1）结构不同，拉曼光谱不同
精选ppt课件2021
14
Bilayer graphene
单层及双层graphene 2D峰的双共振过程 声子支的分裂<1.5cm-1 所以归因为电子能级的分裂
电子能带的分裂， 使bilayer分裂为四个带
精选ppt课件2021
15
FIG. 1. Color online a Optical image of a typical MCG sheet and the angles between edges.
（3）缺陷和无序诱导D-band（~1360cm-1）的产生。
（4）一般我们用D峰与G峰的强度比来衡量碳材料 的无序度。
精选ppt课件2021
4
商用石墨
1355cm-1峰的出现归结于微晶尺寸效应使得没 有拉曼活性的某些声子在选择定则改变后变得 有了拉曼活性。 发现D模对于拉曼活性G模的相对强度与样品中 石墨微晶尺寸的大小相关。
石墨的拉曼光谱
❖ 自然界中并不存在宏观尺寸的石墨单晶，而是含有许许多 多任意取向的微小晶粒（100um）。
❖ 高定向热解石墨（HOPG）是人工生长的一种石墨，其碳 平面几乎完美地沿其垂直方向堆叠，然而沿着石墨平面内， 晶粒仍然存在任意取向但非常小。
精选ppt课件2021
3
（1）结构不同，拉曼光谱不同
精选ppt课件2021
14
Bilayer graphene
单层及双层graphene 2D峰的双共振过程 声子支的分裂<1.5cm-1 所以归因为电子能级的分裂
电子能带的分裂， 使bilayer分裂为四个带
精选ppt课件2021
15
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课程编号:MSE515 学时：40 学分：2.5
第一部分 碳的多样性，
碳科学的形成、发展与核心问题（4学时）
第二部分 碳的结构与性质（8学时）
★ 基本结晶形式-金刚石、石墨、富勒烯、咔宾
★ 碳的结构 ★ 碳的特性
课程内容-1
课程内容-2
第三部分 有机化合物的炭化途径（16-18学时）
一、气相炭化（4学时） 二、液相炭化—中间相理论与应用（8学时） 三、固相炭化与多相炭化（4学时）
炭纤维 纳米管/树脂复合材料
炭微球 C/C复合材料
富勒烯（C60）
碳纳米管 金属填充富勒烯
金刚石 金刚石薄膜
1990年和1991年金刚石和C60分获Science明星分 子；
1996年 美国Rice大学 R F Curl R. E. Smalley
英国Sussex 大学 H. W. Kroto
先进炭材料研究室
研究室组建于1999年 ➢ 科研人员3名（2 ➢ 博士生7人，硕士生20 ➢ 学校“211工程”重点学科建设实验室 ➢ “化工资源有效利用”国家重点实验室的一部分
研究方向
沥青基炭材料、碳纳米材料、新能源材料和介孔炭材料
研究目标—主要定位于前沿性先进炭材料的研究 合成、形成机理、结构设计、性能及应用
Alan J. Heeger
1/3 of the prize
USA
University of California Santa Barbara, CA, USA b. 1936
Alan G. MacDiarmid Hideki Shirakawa
1/3 of the prize
1/3 of the prize
1/3 of the prize USA Rice University Houston, TX, USA b.1933
Sir Harold W. Kroto 1/3 of the prize United Kingdom University of Sussex Brighton, United Kingdom b. 1939
Richard E. Smalley 1/3源自文库of the prize USA Rice University Houston, TX, USA b. 1943 d. 2005
The Nobel Prize in Chemistry 2000 “for the discovery and development of conductive polymers”
C 的演变
碳在宇宙进化中起着重要的作用，是宇宙中前期生物分子进 化的关键元素。
宇宙中：原子碳、分子碳、固态碳和碳化物 太阳系：H, He,O, C, Ne…… 地球中：第14位 （90% 的碳是以CaCO3的形式存在，为化石 燃料的1万倍） 碳是地球上一切生物有机体的骨架元素，没有碳就没有生命. 碳元素占人体 总重量的18 %左右 人类进化以来，很早就开始利用各种炭物质和炭材料。各种 炭材料在航天、航空等工业、医疗、能源和日用品中得以应用。 当今世界以碳为主要原子构成的有机化学为橡胶、塑料、合 成纤维三大 材料奠定了基础。
形成国内研究优势和特色，部分研究内容达到国际领先水平
主要研究方向
以石油重油、煤焦油 重质芳烃、聚合物等为原料
沥青基炭材料
1、中间相形成及转化的基础研究 2、中间相沥青炭微球（MCMB）
—锂离子二次电池电极材料 —高密度炭和C/C复合材料 3、炭纤维
碳纳米材料及纳米复合材料
1、碳包覆纳米金属晶 —金属颗粒和金属线
形成一切生物有机生命体的骨架元素； 大量的中间过渡状态，较少的纯碳形式； 新型炭材料。
C 的存在
碳的起源---“big bang”理论
宇宙巨大的能量块 150亿年前发生大爆炸
宇宙空间充满高能的光
膨胀 温度降低
光转化为物质，各种 粒子开始形成
温度降低 温度升高
粒子凝聚成氢
温度升高
Ne Na Mg O S Si P…
要求： 1、有事请假； 2、课上认真听讲； 3、课上认真作笔记，课下找相关参考书复习； 3、不明白的地方一定设法弄明白。
报告题目：We and Carbon
第一部分 绪言
一、炭材料的多样性
1、碳的多样性
碳元素的产生； 太阳系产生热核反应中“碳、氮循环”； 地球上碳产生生物学、硅产生地学，碳是
富勒烯C60
2000年美国科学家A. J. Heeger A. G. MacDiamid
日本科学家H Shirakawa(白川英树)
导电聚合物
The Nobel Prize in Chemistry 1996 "for their discovery of fullerenes"
Robert F. Curl Jr.
2、碳纳米洋葱（实心和空心） 3、纳米碳管/树脂基复合材料 4、介孔碳材料（有序，气凝胶）
新型能源炭材料
1、Li+电池负极材料炭材料 —炭基材料（天然石墨、树脂炭等）
2、大功率充放动力型锂电池电极材料 —纳米碳/金属复合材料
3、储氢纳米材料 4、超级电容器电极材料
课程简介
通过对炭科学基础理论和多样炭结构、性能和形成机理的 介绍，使学生掌握炭材料的基本结构、性能、成炭原理和应用 领域，并对炭科学的发展趋势和新型炭材料的开发有一初步了 解。
USA and New Zealand Japan
University of Pennsylvania University of Tsukuba
Philadelphia, PA, USA
Tokyo, Japan
b. 1927
b. 1936
新型炭材料的发展
1985年 富勒烯
1991年 碳纳米管
碳包覆金属
2004年 石墨烯
21世纪将是碳世 纪
二、炭材料的定义
1、定义
是主要以煤、石油或它们的加工产物等(主要为有机物质)作 为主要原料经过一系列加工处理过程得到的一种非金属材料， 其主要成分是碳。
第四部分 炭的表面化学（4学时）
第五部分 石墨层间化合物（2学时）
第六部分 炭科学研究的新进展（4-6学时）
一、金刚石薄膜
二、富勒烯与纳米洋葱
三、纳米碳管 四、碳包覆纳米金属晶
考试：3学时
考核：
1、出勤计入成绩（权重10%）； 2、平时作业/报告成绩（权重10 %）； 2、期末试卷考试（权重80% ）。
第一部分 碳的多样性，
碳科学的形成、发展与核心问题（4学时）
第二部分 碳的结构与性质（8学时）
★ 基本结晶形式-金刚石、石墨、富勒烯、咔宾
★ 碳的结构 ★ 碳的特性
课程内容-1
课程内容-2
第三部分 有机化合物的炭化途径（16-18学时）
一、气相炭化（4学时） 二、液相炭化—中间相理论与应用（8学时） 三、固相炭化与多相炭化（4学时）
炭纤维 纳米管/树脂复合材料
炭微球 C/C复合材料
富勒烯（C60）
碳纳米管 金属填充富勒烯
金刚石 金刚石薄膜
1990年和1991年金刚石和C60分获Science明星分 子；
1996年 美国Rice大学 R F Curl R. E. Smalley
英国Sussex 大学 H. W. Kroto
先进炭材料研究室
研究室组建于1999年 ➢ 科研人员3名（2 ➢ 博士生7人，硕士生20 ➢ 学校“211工程”重点学科建设实验室 ➢ “化工资源有效利用”国家重点实验室的一部分
研究方向
沥青基炭材料、碳纳米材料、新能源材料和介孔炭材料
研究目标—主要定位于前沿性先进炭材料的研究 合成、形成机理、结构设计、性能及应用
Alan J. Heeger
1/3 of the prize
USA
University of California Santa Barbara, CA, USA b. 1936
Alan G. MacDiarmid Hideki Shirakawa
1/3 of the prize
1/3 of the prize
1/3 of the prize USA Rice University Houston, TX, USA b.1933
Sir Harold W. Kroto 1/3 of the prize United Kingdom University of Sussex Brighton, United Kingdom b. 1939
Richard E. Smalley 1/3源自文库of the prize USA Rice University Houston, TX, USA b. 1943 d. 2005
The Nobel Prize in Chemistry 2000 “for the discovery and development of conductive polymers”
C 的演变
碳在宇宙进化中起着重要的作用，是宇宙中前期生物分子进 化的关键元素。
宇宙中：原子碳、分子碳、固态碳和碳化物 太阳系：H, He,O, C, Ne…… 地球中：第14位 （90% 的碳是以CaCO3的形式存在，为化石 燃料的1万倍） 碳是地球上一切生物有机体的骨架元素，没有碳就没有生命. 碳元素占人体 总重量的18 %左右 人类进化以来，很早就开始利用各种炭物质和炭材料。各种 炭材料在航天、航空等工业、医疗、能源和日用品中得以应用。 当今世界以碳为主要原子构成的有机化学为橡胶、塑料、合 成纤维三大 材料奠定了基础。
形成国内研究优势和特色，部分研究内容达到国际领先水平
主要研究方向
以石油重油、煤焦油 重质芳烃、聚合物等为原料
沥青基炭材料
1、中间相形成及转化的基础研究 2、中间相沥青炭微球（MCMB）
—锂离子二次电池电极材料 —高密度炭和C/C复合材料 3、炭纤维
碳纳米材料及纳米复合材料
1、碳包覆纳米金属晶 —金属颗粒和金属线
形成一切生物有机生命体的骨架元素； 大量的中间过渡状态，较少的纯碳形式； 新型炭材料。
C 的存在
碳的起源---“big bang”理论
宇宙巨大的能量块 150亿年前发生大爆炸
宇宙空间充满高能的光
膨胀 温度降低
光转化为物质，各种 粒子开始形成
温度降低 温度升高
粒子凝聚成氢
温度升高
Ne Na Mg O S Si P…
要求： 1、有事请假； 2、课上认真听讲； 3、课上认真作笔记，课下找相关参考书复习； 3、不明白的地方一定设法弄明白。
报告题目：We and Carbon
第一部分 绪言
一、炭材料的多样性
1、碳的多样性
碳元素的产生； 太阳系产生热核反应中“碳、氮循环”； 地球上碳产生生物学、硅产生地学，碳是
富勒烯C60
2000年美国科学家A. J. Heeger A. G. MacDiamid
日本科学家H Shirakawa(白川英树)
导电聚合物
The Nobel Prize in Chemistry 1996 "for their discovery of fullerenes"
Robert F. Curl Jr.
2、碳纳米洋葱（实心和空心） 3、纳米碳管/树脂基复合材料 4、介孔碳材料（有序，气凝胶）
新型能源炭材料
1、Li+电池负极材料炭材料 —炭基材料（天然石墨、树脂炭等）
2、大功率充放动力型锂电池电极材料 —纳米碳/金属复合材料
3、储氢纳米材料 4、超级电容器电极材料
课程简介
通过对炭科学基础理论和多样炭结构、性能和形成机理的 介绍，使学生掌握炭材料的基本结构、性能、成炭原理和应用 领域，并对炭科学的发展趋势和新型炭材料的开发有一初步了 解。
USA and New Zealand Japan
University of Pennsylvania University of Tsukuba
Philadelphia, PA, USA
Tokyo, Japan
b. 1927
b. 1936
新型炭材料的发展
1985年 富勒烯
1991年 碳纳米管
碳包覆金属
2004年 石墨烯
21世纪将是碳世 纪
二、炭材料的定义
1、定义
是主要以煤、石油或它们的加工产物等(主要为有机物质)作 为主要原料经过一系列加工处理过程得到的一种非金属材料， 其主要成分是碳。
第四部分 炭的表面化学（4学时）
第五部分 石墨层间化合物（2学时）
第六部分 炭科学研究的新进展（4-6学时）
一、金刚石薄膜
二、富勒烯与纳米洋葱
三、纳米碳管 四、碳包覆纳米金属晶
考试：3学时
考核：
1、出勤计入成绩（权重10%）； 2、平时作业/报告成绩（权重10 %）； 2、期末试卷考试（权重80% ）。