石墨烯、碳纳米管总结
碳纳米管简介
3）激光蒸发法. 这种方法是制备单壁纳米碳管的一种有效 方法。用高能CO2激光或Nd/YAG激光蒸发掺 有Fe、Co、Ni或其他合金的碳靶制备单壁纳 米碳管。用这种CO2激光蒸发法，在室温下 就可以得到单壁碳纳米管。
缺点： 单壁碳纳米管的纯度较低、易粘 结。
5.碳纳米管的独特性质
1)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。
2) 电学性能 由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相 同，所以具有很好的电学性能。理论预测 其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。 当CNTs（碳纳米管 ）的管径大于6mm时， 导电性能下降；当管径小于6mm时，CNTs 可以被看成具有良好导电性能的一维量子 导线。
3) 热学性能 一维管具有非常大的长径比，因而大量热是 沿着长度方向传递的，通过合适的取向， 这种管子可以合成高各向异性材料。虽然 在管轴平行方向的热交换性能很高，但在 其垂直方向的热交换性能较低。适当排列 碳纳米管可得到非常高的各向异性热传导 材料。
4) 储氢性能 1997年，A. C. Dillon对单壁碳纳米管 (SWNT)的储氢性能做了研究，SWNT在0℃时 ,储氢量达到了5%。 DeLuchi指出:一辆燃料机车行驶500km,消耗 约31kg的氢气，以现有的油箱来推算，需 要氢气储存的重量和体积能量密度达到65% 和62kg/m3。 这两个结果大大增加了人们对碳纳米管储氢 应用前景的希望。
3.碳纳米管的分类
1)按形态分
普通封口型
变径型
洋葱型
海胆型
竹节型
2)按手性分
扶手椅型
锯齿型
碳纳米管和石墨烯简介
碳纳米管的应用
纳米金属催化剂 载体,利用碳纳米管的 高比表面及良好的吸 氢能力，成功制备了 负载 Pt纳米粒子的高 效加 氢催化剂。
碳纳米管的应用
无碳纳米管（左）和有碳纳米管（右） 情况下的大肠杆菌对比照片 一项最新研究表明，单壁碳纳米管能够严重破坏大 肠杆菌等细菌的细胞壁，从而将其杀灭。将有助于解 决细菌抗药性这一日益突现的问题。
石墨烯的应用
超级电容器：
超级电容器是一个高效储存和传递 能量的体系，它具有功率密度大，容量 大，使用寿命长，经济环保等优点，被 广泛应用于各种电源供应场所。石墨烯 拥有高的比表面积和高的电导率，不像 多孑L碳材料电极要依赖孔的分布，这使 它成为最有潜力的电极材料。以石墨烯 为电极材料制备的超级电容器功率密度 为10kW／kg，能量密度为28．5Wh ／kg，最大比电容为205F／g，而且 经过1200次循环充放电测试后还保留 90％的比电容，拥有较长的循环寿命。 石墨烯在超级电容器方面的潜在应用受 到更多的研究者关注。
A brief introduction of
应化0902
张一恒
碳纳米管
碳纳米管是在1991年1月由日本筑波NEC实验室 的物理学家饭岛澄男使用高分辨率分析电镜从电弧法生产 的碳纤维中发现的。它是一种管状的碳分子，管上每个碳 原子采取SP2杂化，相互之间以碳-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。每个碳 原子上未参与杂化的一对p电子相互之间形成跨越整个碳 纳米管的共轭π电子云。按照管子的层数不同，分为单壁 碳纳米管和多壁碳纳米管。管子的半径方向非常细，只有 纳米尺度，几万根碳纳米管并起来也只有一根头发丝宽， 碳纳米管的名称也因此而来。而在轴向则可长达数十到数 百微米。 碳纳米管不总是笔直的，局部可能出现凹凸的现 象，这是由于在六边形结构中混杂了五边形和七边形。出 现五边形的地方，由于张力的关系导致碳纳米管向外凸出。 如果五边形恰好出现在碳纳米管的顶端，就形成碳纳米管 的封口。出现七边形的地方碳纳米管则向内凹进。
碳纳米管;石墨烯;及碳纳米管-石墨烯复合材料
目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................................. I I 1 石墨烯. (1)1.1 石墨烯简介 (1)1.2 石墨烯的结构和性质 (2)1.2.1 石墨烯的结构 (2)1.2.2 石墨烯的性质 (4)1.3 石墨烯的表征 (5)1.4 石墨烯的主要制备方法 (6)2 碳纳米管 (8)2.1 碳纳米管的发现及发展历程 (8)2.2 碳纳米管的结构和分类 (9)2.2.1碳纳米管的结构 (9)2.2.2碳纳米管的分类 (11)2.3 碳纳米管的生长机理 (12)2.3.1 顶部生长机理 (12)2.3.2 底部生长机理 (13)2.4 碳纳米管的性能 (14)2.4.1 碳纳米管的力学性能 (14)2.4.2 热学性能 (14)2.4.3 碳纳米管的电学性能 (15)2.4.4 光学性能 (16)2.5碳纳米管的制备 (16)2.5.1 电弧放电法 (16)2.5.2 激光蒸发法 (17)2.5.3 化学气相沉积法 (18)2.6.碳纳米管的预处理 (19)2.6.1 碳纳米管的纯化 (19)2.6.2 碳纳米管的分散 (19)2.6.3碳纳米管的活化 (20)2.7碳纳米管的应用 (20)2.7.1 在电磁学与器件方面 (20)2.7.2 在信息科学方面 (21)2.7.3 储氢方面 (21)2.7.4 制造纳米材料方面 (21)2.7.5 催化方面 (22)2.8 存在问题及发展方向 (22)3碳纳米管/石墨烯复合材料 (22)3.1 从碳纳米管、石墨稀到碳纳米管/石墨稀复合材料发展历程 (22)3.2 碳纳米管/石墨烯复合材料结构 (23)3.3碳纳米管/石墨稀复合材料的制备 (24)3.3.1电化学序列自组装沉积法 (24)3.3.2 CVD法 (25)3.4 碳纳米管/石墨烯复合材料研究进展 (25)4结论 (28)5 参考文献 (28)摘要自从2004年发现石墨烯以来，由于其和二维结构相关的优异性能，石墨烯很快就成为材料科学和凝聚态物理研究的热点课题。
新型碳材料的研究进展
新型碳材料的研究进展随着人们对环境保护的重视和对新能源材料需求的不断增长，碳材料在科学研究和工业应用中扮演着极为重要的角色。
新型碳材料是碳材料领域中备受关注的研究方向，新型碳材料的研究进展在近年来得到了大力推动和加速。
本文将概述新型碳材料的分类及其研究进展，同时简要介绍新型碳材料的应用前景。
一、新型碳材料的分类新型碳材料的分类可以从不同角度进行。
从碳材料的形态出发，新型碳材料可以分为两类：一类是二维新型碳材料，包括石墨烯、碳烯、碳纳米管等；另一类是三维新型碳材料，包括碳纳米晶体、碳纳米棒等。
从碳材料的材料来源和制备方法来看，新型碳材料又可以分为多种类型，例如气相化学沉积法、电化学法、碳化法、热解法、聚合物降解法等。
不同的制备方法可以制备出各种形态和形貌的新型碳材料，进而决定其物理化学性质和应用性能。
二、新型碳材料的研究进展1、石墨烯石墨烯是近年来新型碳材料中最受瞩目的材料之一。
其单层结构拥有优异的物理化学性能，因此被广泛应用于多个领域。
近年来，人们已经发现了许多新的石墨烯衍生物，例如氧化石墨烯、硝化石墨烯和磷酸化石墨烯等，这些衍生物拥有不同的性质和特点，进一步丰富了石墨烯的应用范围。
2、碳烯碳烯是近年来新发现的一种二维新型碳材料，其具有非常高的电导率和热导率。
同时，其加工容易、可大量制备的特点也使其成为了各个领域研究的热点。
不仅如此，碳烯还被证明对催化剂的催化活性有明显的提升作用，因此其在催化剂领域具有广阔应用前景。
3、碳纳米管碳纳米管是一种中空的纳米管状结构材料，其壁厚只有一个原子厚度，具有非常高的强度和导电性。
碳纳米管广泛应用于电子学、光电子学、生物医学、材料科学等领域。
此外，碳纳米管还可以作为催化剂载体，提高催化剂的稳定性和催化性能等。
4、碳纳米晶碳纳米晶是一种新型的三维碳材料，具有大量的孔隙结构和特殊的表面化学性质。
因此，其在吸附、分离等方面具有广泛的应用前景，例如催化剂载体、分离膜等。
石墨烯和纳米碳材料的导热性能的研究
石墨烯和纳米碳材料的导热性能的研究Alexander A. Balandin近年来，在科学领域和工程领域，人们越来越多地去关注导热性能好的材料。
散热技术已经成为电子工业持续发展的一个重要的话题，低维结构的材料在热传导方面显示出了优异的性能。
就导热能力而言，碳的同素异构体及其衍生品占据了举足轻重的地位。
在室温下的碳材料的导热系数跨越了一个非常大的范围——超过了五个数量级——从导热系数最低的无定型碳到导热系数最高的石墨烯和碳纳米管。
在这里，我回顾一下以石墨烯碳材料为热点的最近热性能的研究成果，碳纳米管和纳米级的碳材料在研究方面遇到了不同程度的难题。
在二维晶体材料方面，尤其是石墨烯，人们非常关注尺寸对热传导的影响。
我也描述了石墨烯和碳材料在电子传热机理上的应用前景。
实际生产应用和基础科学的发展表明了材料热性能研究的重要性。
由于功耗散热水平的提高，导热技术已经成为电子工业持续发展的一个非常重要的热点。
对导热性能非常好的材料的研究严重影响着下一代集成电路和3D 电子产品的设计进程。
在光电子和光子设备领域我们也遇到了类似的需要导热处理的问题。
另外，电热能量转换技术需要材料具有很强的抑制热扩散的能力。
材料的导热能力由其电子结构决定，所以一种材料热性能原理可以描述另外一种材料的热性能现象。
材料热性能的变化只是在纳米尺度上变化。
由于声子散射边界的增多或者声子色散的变化，纳米管和大多数晶体将不再传热。
同时，对二维和一维晶体的热传导理论的研究解释了材料内在优异的热传导性能的原因。
二维晶体导热性能的差异意味着不像非晶体那样，它恢复材料的热平衡不能仅仅靠晶体的非简谐振动，因为这不但需要限制系统的尺寸，而且还需要掺杂进非晶体结构，这样才能符合热传导性能的物理意义。
这些发现引发了在低维系统中对傅里叶定律的实用性的非议。
碳材料具有非常多的同素异构体，在热性能方面占据了举足轻重的低位（如图，1a ）。
碳材料不同的同素异构体的热传导率跨越了很大的一个范围——五个数量级——非晶碳的热导率为0.01W . mK −1，在室温条件下金刚石或者石墨烯的热导率为大约2000W. mK−1。
碳纳米材料综述
碳纳米材料综述课程：纳米材料日期：2015 年12 月碳纳米材料综述摘要：纳米材料是一种处于纳米量级的新一代材料，具有多种奇异的特性，展现特异的光、电、磁、热、力学、机械等物理化学性能，这使得纳米技术迅速地渗透到各个研究领域，引起了国内外众多的物理学家、化学家和材料学家的广泛关注，也成为当前世界最热门的科学研究热点。
物理学家对纳米材料感兴趣是因为它具有独特的电磁性质，化学家是因为它的化学活性以及潜在的应用价值，材料学家所感兴趣的是它的硬度、强度和弹性。
毫无疑问，基于纳米材料的纳米科技必将对当今世界的经济发展和社会进步产生重要的影响。
因此，对纳米材料的科学研究具有非常重要的意义。
其中，碳纳米材料是最热的科学研究材料之一。
我们知道，碳元素是自然界中存在的最重要的元素之一，具有sp、sp2、sp3等多种轨道杂化特性。
因此，以碳为基础的纳米材料是多种多样的，包括常见的石墨和金刚石，还包括近几年比较热门的碳纳米管、碳纳米线、富勒烯和石墨烯等新型碳纳米材料。
关键词：纳米材料碳纳米材料碳纳米管富勒烯石墨烯1．前言从人类认识世界的精度来看，人类的文明发展进程可以划分为模糊时代（工业革命之前）、毫米时代（工业革命到20世纪初）、微米和纳米时代（20世纪40年代开始至今）。
自20世纪80年代初，德国科学家Gleiter提出“纳米晶体材料’，的概念，随后采用人工制备首次获得纳米晶体，并对其各种物性进行系统的研究以来，纳米材料己引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。
纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级（通常指1—100 nm）的极细颗粒组成的固体材料。
从广义上讲，纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。
通常分为零维材料（纳米微粒），一维材料（直径为纳米量级的纤维），二维材料（厚度为纳米量级的薄膜与多层膜），以及基于上述低维材料所构成的固体。
从狭义上讲，则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体（体材料与微粒膜）。
碳时代开启：碳纳米管与石墨烯技术分析
碳时代开启：碳纳米管与石墨烯技术分析利用已发现20多年的碳纳米管和发现10年的石墨烯等微细碳材料，电子部件终于开始实用化。
包括最近性能大幅提高的金刚石半导体在内，碳电子将大大改变电子部件和电子电路的形态。
我的梦想是用碳（C）取代硅（Si），实现全部用碳制造电子电路的全碳化、3000年前是青铜器（Cu）时代，20世纪前半期是铁（Fe）时代，之后是硅时代，而今后将是碳时代。
一位碳材料研究人员就研究的意义和目标如此说道。
尤其是电子电路的全碳化，可以说是碳材料研究人员的共识。
如今，这个梦想正朝着实现奋进。
如果全碳化成为现实，电子产品将比现在更轻量、更结实，柔性产品也能实现超高性能，而且价格会大幅降低。
鸿海开发，华为采用碳化的动向似将从电子产品的外围向中心进发。
个人电脑等的机壳材料就常使用碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）。
其最大优点是，既轻又结实。
在电子产品的内部，碳作为导电材料的使用虽未能取得进展，但2013年中期终于在触摸面板和太阳能电池等上开始了实用化。
触摸面板配备在了中国华为技术有限公司于2013年5月上市的智能手机上。
触摸面板的开发商是台湾鸿海精密工业在中国大陆的集团公司中国富纳源创（CNTouch）。
为高度兼顾透明性和导电性而采用了管状碳材料碳纳米管（CNT）。
备注：碳纳米管（CarbonNanotube）即管状碳材料。
把碳原子以蜂窝状相连的薄膜（石墨烯）再制成管状。
管的直径细至0.4nm～50nm。
根据把薄膜卷成管状的方法的不同（手性），分为金属型和半导体型。
半导体型的带隙因直径而异。
碳纳米管是名城大学研究生院理工学研究科教授、NEC特别研究员饭岛澄男1991年发现的。
太阳能电池方面，从前有机薄膜太阳能电池就一直将称为富勒烯*的足球状碳材料作为n 型半导体使用。
经过长期的研究开发，2013年三菱化学开始量产并开始了样品供货。
富勒烯（Fullerene）即组成五元环或六元环的碳原子相互连接形成的球状或椭球状材料的总称。
石墨烯与碳纳米管：一样的前生,不一样的今世
石墨烯与碳纳米管：一样的前生，不一样的今世精选|关键词:石墨烯, 碳纳米管2010年10月4日，诺贝尔物理学奖揭晓，获奖者是英国曼彻斯特大学物理和天文学院的Andre Geim和Konstantin Novoselov，获奖理由为“二维空间材料石墨烯（graphene）方面的开创性实验”。
从2004年石墨烯被成功剥离[1]至2010年斩获诺贝尔奖，是什么魔力让这一看似“普通”的碳材料在短短的6年时间内缔造了一个传奇神话？而回眸看其同族兄弟碳纳米管，自1991年被发现至今近20年，历经风雨，几经沉浮，不过是“为他人做嫁衣裳”。
石墨烯即为“单层石墨片”，是构成石墨的基本结构单元；而碳纳米管是由石墨烯卷曲而成的圆筒结构（图1）。
作为一维（1D）和二维（2D）纳米材料的代表者，二者在结构和性能上具有互补性。
从结构上来看，碳纳米管是碳的一维晶体结构；而石墨烯仅由单碳原子层构成，是真正意义上的二维晶体结构。
从性能上来看，石墨烯具有可与碳纳米管相媲美或更优异的特性，例如高电导率和热导率、高载流子迁移率、自由的电子移动空间、高强度和刚度等。
网上大多溢美之词：“Pencil + sticky tape = desktop supercollider + post-silicon processors”，“Material of the Future”，“A thoroughbred that has to be tamed”，“Electron superhighway”，...。
目前，关于碳纳米管的研究，无论在制备技术、性能表征及应用探索等方面都已经达到了一定的深度和广度。
组成及结构上的紧密联系，使二者在研究方法上具有许多相通之处。
事实上，很多针对石墨烯的研究最开始都是受到碳纳米管相关研究的启发而开展起来的。
图1 石墨烯与碳纳米管石墨烯的发展历程与碳纳米管极为类似。
在碳纳米管被发现之前，碳的晶体结构为代表[2]）。
碳材料的拉曼光谱(石墨烯,碳管等)
一维碳材料--碳纳米管
碳纳米管(Carbon nanotube)是1991年才被发现的一种碳结构。 理想纳米碳管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体 SWNT的直径一般为1－6 nm，最小直径大约为0.5 nm，直径大于6nm 以后特别不稳定，会发生SWNT管的塌陷，长度则可达几百纳米到几个微米 MWNT的层间距约为0.34纳米，直径在几个纳米到几十纳米，长度一般在微 米量级，最长者可达数毫米 碳纳米管中的碳原子以sp2杂化，但是由于存在一定曲率 所以其中也有一小部分碳属sp3杂化
Graphite: G峰单一，尖锐 对应q==0, mode E2g
Nanotubes: 两个峰 G+ 和 G-. 起源于 graphite E2g Metallic semiconducting
G峰的振动模式及其性质
G+: no diameter dependence LO axial
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。
D--band的发现及其研究
1970年最先报道了无序诱导的D模。 1981年，一些人利用不同的激发光能量研究了石墨的拉曼光谱，得出D 模频率随激发光能量的线性移动。斜率在40~50cm-1/ev之间。 1990年，一些人通过实验总结了D模强度和样品中各种无序或缺陷的相 互关系，证明无论石墨存在任何形式的无序，D模都会出现。
无序诱导的D-band的产生---双共振拉曼散射
D,2D-Band-Double Resonance
D-Band G-Band
K
பைடு நூலகம்580 cm
碳基材料在能源领域的应用与开发
碳基材料在能源领域的应用与开发能源是现代社会发展和人类生活的基础。
然而，随着人口的增长和经济的快速发展，传统能源资源的紧缺和环境问题日益突出。
因此，寻找可再生、清洁、高效的能源替代品成为当今社会所面临的重要任务。
碳基材料作为一种新型材料，因其独特的结构和优异的性能，在能源领域应用和开发中发挥着重要作用。
碳基材料的种类多样，包括石墨烯、碳纳米管、炭黑等。
这些材料具有以下特点：一是具备优异的导电性能。
例如，石墨烯由单层碳原子组成，其电子迁移率高达约200,000 cm2/(V·s)，是目前已知材料中最高的导电能力。
二是具有出色的储能性能。
碳纳米管具有较大比表面积和丰富的孔隙结构，能够存储大量的电荷和离子，因此在超级电容器等领域具有良好的应用前景。
三是具备优异的光催化性能。
炭黑在光照下可以吸收光能，激发电子，从而催化化学反应，如水的分解产生氢气。
碳基材料在能源储存方面具有巨大的应用潜力。
电池作为能源储存的重要方式，碳基材料在其正、负极材料方面的应用不断得到深入研究。
例如，石墨烯能够作为电池负极材料，其高导电性和较大的比表面积使得电荷传输更加快速，使得电池性能得到显著提升。
此外，碳纳米管也可以用于超级电容器的制备，其良好的导电性和孔隙结构使得超级电容器在能量密度和功率密度方面有较大的提升空间。
而在太阳能电池中，石墨烯和炭黑等材料的光催化性能被广泛研究，可以提高太阳能光伏转换效率。
碳基材料在能源转换方面也有独特的应用。
燃料电池作为一种可持续发展的能源转换装置，其催化剂对于提高燃料电池性能至关重要。
碳基材料由于其高导电性和良好的催化性能，成为燃料电池催化剂的理想选择。
例如，石墨烯经过修饰和功能化，能够提高其与氧气、氢气等物质的相互作用，从而增强燃料电池的效率和稳定性。
此外，碳纳米管也可以作为燃料电池载体材料，提高催化剂的分散性和活性。
除了能源储存和转换，碳基材料在能源利用方面也有广阔的前景。
近年来，柔性太阳能电池作为便携式能源装置备受关注。
学新材料与现代生活心得体会模板（三篇）
学新材料与现代生活心得体会模板引言：新材料是指在原有材料基础上，通过改变其组成、结构或加工技术等手段，获得具有特殊性能和新功能的材料。
随着科技的不断发展和进步，新材料的应用范围越来越广泛，对现代生活产生了深刻的影响。
我在学习新材料与现代生活的过程中，深刻认识到新材料对于促进科技进步和改善生活质量的重要性。
以下是我在学习过程中的一些心得体会。
一、新材料的种类与应用新材料的种类繁多，广泛应用于各个领域，如能源、电子、医疗等。
学习的过程中，我了解了一些常见的新材料，如石墨烯、碳纳米管、高分子材料等。
这些材料具有优异的性能，如石墨烯具有超高的导电性能和热传导性能，碳纳米管具有优异的机械强度和导电性能，高分子材料具有良好的强度和韧性等。
这些优异的性能使得新材料在各个领域都有广泛的应用，例如石墨烯可以用于电子器件、传感器和水处理等领域，碳纳米管可以用于纳米电子器件和超强纤维材料等领域，高分子材料可以用于塑料制品、医疗器械等领域。
二、新材料的优点与挑战学习新材料的过程中，我也了解到新材料的优点和挑战。
新材料具有许多优点，例如优异的性能、轻量化、耐久性等。
这些优点使得新材料成为现代科技发展的重要支撑，推动了各个领域的进步。
然而，新材料的发展也面临一些挑战，如生产成本较高、制备工艺复杂、资源消耗等。
这些挑战需要我们不断地进行研究和创新，寻找更高效、低成本的制备方法，开发更可持续的新材料。
三、新材料与现代生活的关系新材料对于现代生活有着深远的影响。
首先，新材料改善了我们的生活质量。
例如，新型的高强度纤维材料和合金材料可以用于制造更轻、更安全的交通工具，提高了出行的便利性和安全性；高效的光电材料和太阳能电池可以用于节能照明和可再生能源的开发，减少了能源的消耗和污染。
其次，新材料改变了我们的生活方式。
例如，智能手机和平板电脑的发展离不开高性能的电子材料和显示屏材料的支撑，改变了我们的信息获取和沟通方式；高强度材料和高性能纤维材料的应用使得户外运动和极限运动成为可能，丰富了我们的休闲方式。
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。
石墨烯和纳米碳材料的导热性能的研究
石墨烯和纳米碳材料的导热性能的研究Alexander A. Balandin近年来，在科学领域和工程领域，人们越来越多地去关注导热性能好的材料。
散热技术已经成为电子工业持续发展的一个重要的话题，低维结构的材料在热传导方面显示出了优异的性能。
就导热能力而言，碳的同素异构体及其衍生品占据了举足轻重的地位。
在室温下的碳材料的导热系数跨越了一个非常大的范围——超过了五个数量级——从导热系数最低的无定型碳到导热系数最高的石墨烯和碳纳米管。
在这里，我回顾一下以石墨烯碳材料为热点的最近热性能的研究成果，碳纳米管和纳米级的碳材料在研究方面遇到了不同程度的难题。
在二维晶体材料方面，尤其是石墨烯，人们非常关注尺寸对热传导的影响。
我也描述了石墨烯和碳材料在电子传热机理上的应用前景。
实际生产应用和基础科学的发展表明了材料热性能研究的重要性。
由于功耗散热水平的提高，导热技术已经成为电子工业持续发展的一个非常重要的热点。
对导热性能非常好的材料的研究严重影响着下一代集成电路和3D 电子产品的设计进程。
在光电子和光子设备领域我们也遇到了类似的需要导热处理的问题。
另外，电热能量转换技术需要材料具有很强的抑制热扩散的能力。
材料的导热能力由其电子结构决定，所以一种材料热性能原理可以描述另外一种材料的热性能现象。
材料热性能的变化只是在纳米尺度上变化。
由于声子散射边界的增多或者声子色散的变化，纳米管和大多数晶体将不再传热。
同时，对二维和一维晶体的热传导理论的研究解释了材料内在优异的热传导性能的原因。
二维晶体导热性能的差异意味着不像非晶体那样，它恢复材料的热平衡不能仅仅靠晶体的非简谐振动，因为这不但需要限制系统的尺寸，而且还需要掺杂进非晶体结构，这样才能符合热传导性能的物理意义。
这些发现引发了在低维系统中对傅里叶定律的实用性的非议。
碳材料具有非常多的同素异构体，在热性能方面占据了举足轻重的低位（如图，1a ）。
碳材料不同的同素异构体的热传导率跨越了很大的一个范围——五个数量级——非晶碳的热导率为0.01W . mK −1，在室温条件下金刚石或者石墨烯的热导率为大约2000W. mK−1。
碳纳米管的材料特性及其应用研究
碳纳米管的材料特性及其应用研究碳纳米管是由石墨烯卷曲而成的管状结构，其直径在纳米级别，长度可以达到数十微米甚至数毫米。
由于碳纳米管具有独特的结构和优秀的物理和化学性质，因此在纳米科技、材料科学、电子学、光学等多个领域得到广泛的应用和研究。
碳纳米管的主要材料特性包括以下几个方面：1. 强度和刚度高：碳纳米管是一种非常坚固和坚硬的材料，其比强度可以达到任何已知材料之中最高的水平。
这使得碳纳米管可以被用于制造非常轻巧但又非常强的材料，例如航天器、高速火车、运动器材等。
2. 电和热导率高：碳纳米管具有非常好的电和热导性能，在某些情况下可以达到比铜和铝更好的水平。
这种特性使得碳纳米管可以被用于研制新型的电子器件、传感器、热电材料等。
3. 柔性和弯曲性能：碳纳米管具有非常好的柔性和弯曲性能，可以在一定范围内弯曲而不会被破坏或损坏。
这种特性使得碳纳米管可以应用于柔性电子学和柔性电池等领域。
4. 化学稳定性高：碳纳米管对大多数化学物质都具有良好的稳定性，可以在多种酸、碱和有机溶剂中稳定存在。
这种特性使得碳纳米管可以被用于各种化学传感器、催化剂等领域。
5. 显微镜下可见：由于碳纳米管的直径是纳米级别的，因此可以通过透射电子显微镜或扫描电子显微镜来观察和研究其结构和性质。
这使得碳纳米管的研究和应用更加方便和准确。
除了以上几个特性外，碳纳米管还具有其他一些特性，例如荧光性、阻隔性、吸附能力等。
这些特性使得碳纳米管可以被用于各种领域，例如生物医学、环境保护、能源储存等。
在生物医学方面，碳纳米管可以被用于制造新型的药物传输载体、生物传感器、癌症治疗等。
由于碳纳米管具有较小的外径和高的药物负载能力，因此可以将其作为药物传递的载体，达到针对性、长效性和减少毒副作用等目的。
在环境保护方面，碳纳米管可以被用于制造高效的污水过滤材料、气体清洁材料等。
由于碳纳米管具有较小的直径和高的表面积，因此可以通过调控其孔径和表面性质来实现对不同类型污染物的选择性吸附和去除，达到高效、低成本和环保的目的。
石墨烯对比碳纳米管材料
石墨烯对比碳纳米管材料2005年，国际半导体技术线路图(ITRS)委员会首次明确指出在2020年前后硅基CMOS技术将达到其性能极限。
后摩尔时代的集成电路技术的研究变得日趋急迫，很多人认为微电子工业在走到7纳米技术节点之后可能不得不面临放弃继续使用硅材料作为晶体管导电沟道。
在为数不多的可能替代材料中，碳基纳米材料被公认为最有可能替代硅材料。
2008年ITRS新兴研究材料和新兴研究器件工作组在考察了所有可能的硅基CMOS替代技术之后，明确向半导体行业推荐重点研究碳基电子学，作为未来5~10年显现商业价值的下一代电子技术。
美国国家科学基金委员会(NSF)十余年来除了在美国国家纳米技术计划中继续对碳纳米材料和相关器件给予重点支持外，在2008年还专门启动了“超过摩尔定律的科学与工程项目”，其中碳基电子学研究被列为重中之重。
其后美国不断加大对碳基电子学研究的投入，美国国家纳米计划从2010年开始将“2020年后的纳米电子学”设置为3个重中之重的成名计划(signatureinitiatives)之一。
除美国外，欧盟和其他各国政府也高度重视碳纳米材料和相关电子学的研究和开发应用，布局和继续抢占信息技术核心领域的制高点。
碳纳米管材料中，最有可能替代硅的有两个，碳纳米管和石墨烯。
在石墨烯获得诺贝尔奖之前，碳纳米管一直被认为是最有可能代替硅的半导体材料，而如今，由于石墨烯在全球范围内的狂热，似乎有代替碳纳米管之势，那么，石墨烯和碳纳米管，究竟谁能堪当大任呢？碳纳米管集成电路的研发优势与发展现状1991年，日本NEC公司的饭岛澄男在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由碳分子组成的管状同轴纳米管，也就是现在被称作的碳纳米管CNT，又名巴基管。
碳管材料具有极为优秀的电学特性。
室温下碳管的n型和p型载流子(电子和空穴)迁移率对称，均可以达到10000cm2/(V？s)以上，远超传统半导体材料。
锂离子负极材料
锂离子负极材料一、概述锂离子电池是目前最常用的可充电电池，其正极材料主要为锂钴氧化物（LiCoO2）等，而负极材料则是决定电池性能的关键之一。
锂离子负极材料主要包括石墨、硅、锡等。
其中，石墨是目前最常用的负极材料，但其容量已经到达瓶颈，因此需要寻找新型的负极材料。
二、石墨负极材料1.优点石墨作为锂离子电池中最常用的负极材料，具有以下优点：（1）高安全性：石墨在充放电过程中不会发生金属锂沉积，从而避免了热失控和爆炸等安全问题。
（2）稳定性好：石墨在充放电过程中循环稳定性好，可以保持较长时间的循环寿命。
（3）价格低廉：相对于其他负极材料来说，石墨价格低廉。
2.缺点虽然石墨具有许多优点，但也存在一些缺点：（1）容量限制：石墨的理论容量仅为372mAh/g，已经接近极限。
（2）低能量密度：由于石墨的容量限制，其能量密度相对较低。
三、硅负极材料1.优点硅作为一种新型的锂离子负极材料，具有以下优点：（1）高容量：硅的理论容量达到4200mAh/g，是石墨的10倍以上。
（2）高能量密度：由于硅的高容量，其能量密度也相应提高。
2.缺点虽然硅具有许多优点，但也存在一些缺点：（1）体积膨胀：在充放电过程中，硅会发生体积膨胀现象，导致材料变形、龟裂等问题。
（2）循环不稳定性：由于体积膨胀等问题，硅在充放电过程中循环不稳定性较差，寿命较短。
四、锡负极材料1.优点锡作为一种新型的锂离子负极材料，具有以下优点：（1）高容量：锡的理论容量达到990mAh/g左右，比石墨大两倍以上。
（2）高能量密度：由于锡的高容量，其能量密度也相应提高。
2.缺点虽然锡具有许多优点，但也存在一些缺点：（1）容量衰减：在充放电过程中，锡会发生容量衰减现象，导致材料性能下降。
（2）体积膨胀：与硅类似，锡在充放电过程中也会发生体积膨胀现象，导致材料变形、龟裂等问题。
五、其他负极材料除了石墨、硅、锡之外，还有一些新型的负极材料值得关注：（1）石墨烯：石墨烯具有优异的电导率和机械强度，在电池领域具有广泛应用前景。
超越金属的观后感
超越金属的观后感近年来，科技和人类文明的进步日新月异。
人们已经通过创新和发明创造出各种各样的产品和设备，给我们的生活带来了巨大的变化。
其中一个显著的创新是金属材料的使用。
金属材料，如钢铁、铜和铝等，被广泛应用于建筑、交通工具、电子设备和日常用品中。
然而，近年来，科技的发展已经超越了传统金属材料的极限，并引入了许多新型的材料和技术，为我们的生活带来了更多的可能性。
本文将探讨一些在金属材料之外超越的材料，并分享一些对这些创新技术的观后感。
在探索超越金属材料的世界时，一种新型的材料受到了广泛关注——碳纳米管。
碳纳米管是由碳原子构成的管状结构，具有轻巧、坚固和导电等优良特性。
它在电子、航空航天和材料科学等领域有着广泛的应用前景。
碳纳米管不仅可以用于制造超高强度的材料，还可以用来制造柔性的电子设备和导电材料。
这些特性使碳纳米管在未来的科技发展中有着巨大的潜力。
另一个超越金属的材料是石墨烯。
石墨烯是一种仅由碳原子构成的二维材料，具有极高的导热和导电性能，以及出色的力学性能。
石墨烯可以用于制造高性能的电子器件、传感器和能源存储材料。
它还在医学领域展示出了巨大的潜力，例如用于治疗癌症和感染性疾病。
石墨烯的独特结构和特性使得科学家们对其能否应用于更广泛的领域充满了信心。
除了碳纳米管和石墨烯，还有许多其他材料也超越了金属的局限性。
比如，有机发光二极管（OLED）是一种使用有机材料发光的电子设备，具有超薄、柔性和高亮度的特点。
OLED已经广泛应用于手机、电视和照明等领域，并为我们带来了更加绚丽和高质量的视觉效果。
此外，陶瓷材料、纤维材料和生物材料等也在各自领域超越了金属材料的限制，拓宽了人们对材料的认识和应用。
观察这些超越金属的材料时，我对科技和人类的创新能力感到非常惊叹。
这些材料不仅拓展了我们对物质世界的认知，还为我们提供了更多的解决方案和可能性。
例如，碳纳米管和石墨烯等新材料的出现为电子设备的发展提供了全新的可能性，让我们看到了更加高效、轻薄和智能的未来。
碳点制备总结
碳点制备总结 The manuscript was revised on the evening of 2021碳量子点和碳纳米管、石墨烯一样是一种新型碳纳米材料，除了碳材料本身的低毒特性，原材料丰富，生物相容性好之外，碳量子点还有一系列其他的独特的性质，例如：多色荧光性、荧光稳定性、导电性和催化特性等。
常用来制备碳量子点的方法分为自上而下和自下而上两种方法，其中自上而下的方法是指大分子碳材料通过一定的物理、化学等方法破碎成小分子的碳纳米颗粒，包括：电解法、酸刻蚀、激光刻蚀和高温热解等方法。
而自下而上的方法是指将小分子的碳材料通过一定的化学手段合成团聚成更大分子量的碳纳米颗粒，其中包括：化学合成法、水热法、溶剂热法、等方法。
其中我们主要挑选了几种比较常见的制备碳量子点的方法。
自上而下中最长用的是酸刻蚀自然界存在的碳源，或者人工合成出来具有特定结构的碳源，前者是对自然存在的碳源加以利用，后者是为了得到更好的碳结构而处理的。
常用酸刻蚀的自然界的碳源包括动物毛发、植物纤维等，例如酸刻蚀人类头发[3]，这类材料最大的特点就是原料丰富，价格低廉，是材料多级利用很好的选择。
另外常用碳纤维、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管等结构有序的碳材料[4-8]作为碳点的制备原材料，这类材料可以给碳量子点提供更加规则，具有高度结晶特性的结构。
碳量子点一般选择硫酸和硝酸等稳定的浓酸作为溶剂刻蚀碳材料，硝酸和硫酸按体积比3:1的混酸是现在酸刻蚀碳材料制备碳量子点的主要方法。
这种方法可以根据不同的需要来调节碳量子点表面的含氧基团，是一种表面改性的很好的方法。
但是由于酸的引入很难简单地分离和纯化，这也是限制这种方法发展的主要原因。
此外除了酸刻蚀方法外，电化学方法点解石墨棒也得到了很大的发展[1]。
将电极两端接上一定的电压电解成碳量子点溶液，这种方法简单，易操作，而且基本不引入其他杂质，很好的提纯和分离，是这种方法得到广泛的关注。
高温热解碳材料是一种传统的制备碳量子点的方法，一般将碳源材料在高温下人分解成小分子碳点，通过溶剂提取，从而分离纯化，但是这种方法的产率太低，因此发展受到很大的限制。
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第四、五章总结
石墨烯、碳纳米管的化学生物传感
一、石墨烯和碳纳米管
1、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。
石墨烯是构成其它石墨材料的基本单元，可以翘曲变成零维的富勒烯, 卷曲形成一维的CNTs或者堆垛成三维的石墨。
2、碳纳米管是由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成的纳米级中空管，其中每个碳原子通过sp 2杂化与周围3个碳原子发生完全键合。
由于石墨烯和碳纳米管独有的结构和奇特的物理、化学特性，迅速成为备受瞩目的国际前沿和研究热点。
二、石墨烯和碳纳米管的制备
1、石墨烯的制备
（1）机械剥离法(机械剥离法就是利用机械力，将石墨烯片从具有高度定向热解石墨表面剥离开来。
是制备石墨烯最为直接的方法。
但低产率和尺寸不易控制等缺点使该方法仅适用于实验室的基础研究。
)
（2）氧化石墨-还原法(利用KClO 和HNO 可以使石墨层深度氧化，获得氧化石墨(GO)，GO与石墨烯具有类似的平面结构，以其为前体采用适当的还原方法可以使其表面的功能团消除，获得石墨烯材料。
)
（3）化学气相沉积法(采用一定化学配比的气体为反应物，在特定激活条件下，通过气相化学反应可在不同的基片表面生成石墨烯膜层。
优点一、获得单层石墨烯比例大，二、结晶完整度高。
缺点：成本高产量低。
)
2、碳纳米管的制备方法
自发现CNTs以来人们尝试了多种方法进行制备研究，取得了一定的进展。
如电弧法、激光蒸发法、催化裂解法等。
在以上许多的制备方法中，有一个共同的特点，即产生小的碳(Cn)组分以使CNTs生长，从这一点来看，各种合成方法的区别在于产生碳组分的方法不同。
电弧法和激光蒸发是由电极或靶蒸发产生的碳蒸气；催化裂解法是由碳氢化合物与催化剂相互作用产生的碳蒸气。
三、石墨烯和碳纳米管的功能化
所谓功能化就是利用石墨烯和CNTs在制备过程中表面产生的缺陷和基团通过共价、非共价或掺杂等方法，使石墨烯或CNTs表面的某些性质发生改变，更易于研究和应用。
由于石墨烯和CNTs具有类似的结构，而且表面都含有羧基、羰基等含氧基团，因此对两者表面进行功能化的方法可以一致，即共价键合功能化和非共价键合功能化
四、石墨烯和碳纳米管在化学生物传感技术中的应用
1、石墨烯的应用
（1）基于其荧光效应LuCH等通过标记荧光染料的单链DNA吸附于氧化石墨烯上制备出一种复合物，进而用于目标单链DNA的检测。
（2）基于其载体作用Zhang Y等发展了一种制备Fe3O4纳米粒子-氧化石墨烯复合材料的新方法，该复合材料可以实现磁靶向纳米药物输运等用途。
（3）基于其拉曼效应M.Manikandan等分别用原位合成和混合超声的方式
制备出Au-GO纳米复合物作为基底，通过该基底的SERS效应创建了癌细胞和癌干细胞的生物传感系统。
（4）基于其电化学效应Kang等用石墨烯修饰电极对扑热息痛进行检测。
（5)基于其场效应Nihar M等利用具有微米级的大面积化学修饰石墨烯组建的FET传感器，实现了对单个细菌和单链DNA的检测。
2、碳纳米管的应用
（1）基于其电学性质Malhotra R等利用碳纳米管的双重信号放大作用电化学检测口腔癌生物标记物。
（2）基于其光学性质Jeng E S等利用单壁碳纳米管近红外能带间隙荧光检测DNA的杂化。
（3）基于其载体作用Heister E等将氧化单壁碳纳米管的非竞争结合位点上修饰抗癌药物阿霉素、单克隆抗体和荧光标记物，并将其用于抗癌药物的靶向运输。
GO和CNTs因其具有独特的结构、优异的各种性能，已经引起各国研究人员的广泛关注。
结合特异性的生物识别反应，扩展了它们在传感器领域的应用范围。
然而，目前仍存在许多亟待解决的问题，如灵敏度差、在复杂体系中容易团聚、传感器的寿命短等。
为了克服上述的缺点，可以在两个方面进行深入研究：（1）对它们进行表面修饰及功能化，使其能在复杂的检测体系中依然具有良好的分散性；（2）开发具有更加优良性能的GO或CNTs杂化材料，提高其检测灵敏度。
总之，开发高选择性、高灵敏的GO或CNTs新型复合材料并用于实际样品分析才是最终目的。