德国碳纳米管及石墨烯的发展概况
7C60和碳纳米管
C60，碳纳米管和石墨烯※1985 发现了C60※1991 发现了碳Nanotubes※2004年发现了石墨烯※在C60被发现之前,人们只知道以单质形式存在的碳的同素异形体有：金刚石、石墨和无定形碳。
1960年以来，就有人猜测过中空形碳素分子存在的可能性。
C60是80年代中期新发现的一种碳原子簇，它是单质，是石墨、金刚石的同素异形体。
石墨：2D ; SP2杂化；层内为化学键，层间为范德华力；有导电性。
1980年英国Sussex大学的微波光谱学家Kroto教授通过研究星际云团和红巨炭星气团光谱中所见长链聚乙炔信号的契机,巧合地通过美国Rice大学的Curl与该校的Smalley共同合作,利用Smalley所创制的激光气化超声束流仪进行了相应的探索性研究,1985年, Kroto等以联合装置中的质谱仪进行分析,首次发现了质谱中存在着一批相应于偶数碳原子的分子的峰,导致了C60的发现。
富勒烯C60 ：1996 Nobel Prize in Chemistry※C60的结构研究表明,C60的直径为0.71 nm。
中心有一个直径约0.36 nm的空腔，由12个五元环和20个六元环组成的球形32面体。
C60的形状如足球的集束碳原子结构，就像美国未来派建筑学家Buckminser Fuller那充满灵性穹顶设计的绝妙翻版，于是C60得到了巴基球的美称，又称足球烯.同时C60这类球状碳单质分子也被称作为富勒烯。
※处于顶点的碳原子与相邻顶点的碳原子各用sp2杂化轨道重叠形成σ键，每个碳原子的三个σ键分别为一个五边形的边和两个六边形的边。
碳原子的三个σ键不是共平面的，键角约为118°，因此整个分子为球状。
每个碳原子用剩下的一个p轨道互相重叠形成一个含60个π电子的闭壳层电子结构，因此在近似球形的笼内和笼外都围绕着π电子云。
分子轨道计算表明，足球烯具有较大的离域能。
C60 的表征：红外光谱，核磁共振，紫外-可见光谱及质谱。
碳基纳米材料的发展前景
碳基纳米材料的发展前景碳基纳米材料是一类具有独特结构和性质的纳米材料，主要包括碳纳米管、石墨烯和富勒烯等。
这些材料在多个领域展示出了极大的潜力，引起了科学界和工业界的广泛关注。
随着技术的不断进步和研究的深入，碳基纳米材料的发展前景备受期待。
首先，碳纳米管作为一种具有优异导电性和机械性能的材料，被广泛应用于电子器件和材料强化领域。
在电子领域，碳纳米管可以作为高性能的场效应晶体管，被用于制备高频电路和柔性电子设备。
在材料强化领域，碳纳米管可以作为增强剂加入到复合材料中，提高材料的力学性能和导电性能。
未来，随着对碳纳米管制备技术和性能优化的进一步研究，其在电子器件和材料领域的应用前景将更加广阔。
其次，石墨烯作为一种单层碳原子构成的二维材料，具有优异的导电性、热导性和机械性能，被认为是未来材料科学和纳米技术领域的重要发展方向。
石墨烯可以用于制备柔性电子器件、光电器件和传感器等高性能器件。
在能源领域，石墨烯被广泛应用于锂离子电池、超级电容器和光伏器件等领域，有望解决能源存储和转换中的关键问题。
随着对石墨烯制备方法的改进和性能调控的深入研究，石墨烯在多个领域的应用前景将持续拓展。
最后，富勒烯作为一种分子结构独特的碳基纳米材料，具有球形结构和特殊的物理化学性质，被广泛应用于药物输送、光伏材料和纳米催化等领域。
富勒烯作为一种理想的药物载体，可以提高药物的溶解度和稳定性，延长药物在体内的作用时间。
在光伏材料领域，富勒烯可以作为光电转换材料，提高太阳能电池的光电转化效率。
同时，富勒烯还可以作为催化剂在有机合成和环境保护领域发挥重要作用。
未来，随着对富勒烯结构和性质的深入了解，其在医药、能源和环境领域的应用前景将更加广阔。
综上所述，碳基纳米材料作为一类具有潜力的纳米材料，具有广阔的发展前景和应用前景。
随着科学家们对这些材料的研究持续深入，碳基纳米材料在电子器件、材料强化、能源转换、医药和环境等领域的应用前景将不断拓展，为人类社会的可持续发展做出重要贡献。
新型碳材料的发展前景
新型碳材料的发展前景
随着科技的不断进步，新型碳材料正逐渐成为材料科学领域的热门研究对象。
碳材料具有质轻、高强度、耐高温、导电导热等优良性能，被广泛应用于航空航天、电子器件、能源领域等各个方面。
在碳材料家族中，石墨烯、碳纳米管、碳纳米带等新型碳材料备受关注，它们不仅延续了传统碳材料的优势，还具有新的特性和潜在应用价值。
石墨烯作为一种单层碳原子构成的二维晶体，在电子迁移性、热传导性等方面
表现出色，被誉为碳材料中的“黑金”。
石墨烯的发现开启了碳材料领域的新篇章，
其具有极高的比表面积和机械强度，可以应用于超级电容器、传感器等领域。
此外，石墨烯在生物医药领域也有广阔的应用前景，如药物传输、生物传感等方面。
碳纳米管是一种由碳原子卷成的管状结构，具有优异的导电性和机械性能。
碳
纳米管的直径、壁厚、结构等可以调控，从而实现不同性能的设计和应用。
碳纳米管被广泛研究用于超轻复合材料、柔性电子器件、储能材料等领域，具有巨大的市场潜力和应用前景。
碳纳米带是介于石墨烯和碳纳米管之间的一种碳纳米结构，在电子输运、热性
能等方面展现出独特的特性。
由于其带隙可调的特点，碳纳米带在纳米电子器件、光电器件等领域有着广泛的应用前景。
同时，碳纳米带在传感器、催化剂等领域也有着重要作用，为碳材料的拓展应用提供了新的思路。
随着碳材料研究的不断深入和发展，各种新型碳材料的涌现和应用将推动材料
科学领域的创新和发展。
未来，随着碳材料制备技术的不断进步，碳材料的性能将进一步优化，应用范围也将不断扩大。
新型碳材料的发展前景可谓是一片光明，必将为人类社会的可持续发展和进步作出重要贡献。
石墨烯的介绍
4. 石墨烯与其他碳元素的区别???
? 在近 2O 年中，碳元素引起了世界各国研究人员的极大兴趣。自富勒烯和 碳纳米管被科学家发现以后，三维的金刚石、“二维”的石墨、一维的碳纳米 管、零维的富勒球组成了完整的碳系家族。其中石墨以其特殊的片层结构一直
以来是研究的一个热点。石墨本体并非是真正意义的二维材料，单层石墨碳原 子层(Graphene)才是准二维结构的碳材料。石墨可以看成是多层石墨烯片堆垛而 成，而前面介绍过的碳纳米管可以看作是卷成圆筒状的石墨烯。当石墨烯的晶 格中存在五元环的晶格时，石墨烯片会发生翘曲,富勒球可以便看成通过多个六 元环和五元环按照适当顺序排列得到的。
2. 发展简史?
石墨烯出现在实验室中是在 2004 年，当时，英国曼彻斯特大学的两位科学 家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃塞洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越 来越薄的石墨薄片。他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种 特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄 片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。 这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过 5 年的发展，人们发现，将石墨 烯带入工业化生产的领域已为时不远了。
13. 取向附生法—晶膜生长 取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，首先让碳原子在 1 1 5
0 ℃下渗入钌，然后冷却，冷却到 850℃后,之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表 面，镜片形状的单层的碳原子“ 孤岛” 布满了整个基质表面，最终它们可长成完 整的一层石 墨烯。第一层覆盖 8 0 %后，第二层开始生长。底层的石墨烯会与 钌产生强烈的交互作用，而第二层后就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合， 得到的单层石墨烯薄片表现令人满意。但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往 厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影 响碳层的特性。另外 Peter W.Sutter 等使用的基质是稀有金属钌。
碳基材料发展的趋势与前景
碳基材料发展的趋势与前景1. 引言碳基材料是一类由碳元素构成的材料，具有优异的物理和化学性质，广泛应用于能源存储、电子设备、纳米技术等领域。
随着科学技术的不断进步，碳基材料的研究和应用正在迅速发展。
本文将对碳基材料发展的趋势和前景进行探讨。
2. 发展趋势2.1 多功能性随着对碳基材料的深入研究，人们开始发现其在不同领域具有多种功能。
石墨烯具有优异的导电性和导热性，可应用于电子器件和热管理；碳纳米管具有良好的机械性能和光学性能，可用于强化材料和传感器；金刚石膜具有极高的硬度和耐磨性，可应用于切削工具和涂层等。
未来，碳基材料将朝着实现多功能化发展，以满足不同领域的需求。
2.2 可控性合成为了实现碳基材料的多种功能，研究人员致力于开发可控性合成方法。
通过调控合成条件和原料配比，可以合成出具有特定结构和性质的碳基材料。
通过控制碳纳米管的直径、长度和结构，可以调节其光学性能和电子性能；通过调控石墨烯的层数和晶格性质，可以优化其导电性和机械性能。
未来，随着合成技术的进一步改进，将能够实现更精确的碳基材料合成。
2.3 纳米化和二维化纳米化和二维化是当前碳基材料研究的热点方向。
纳米化可以带来更大比表面积和更优异的性能，将能够应用于催化剂、能源储存和传感器等领域。
二维化则能够改变材料的电子结构和光学性能，对于开展纳米电子器件和光电子器件研究具有重要意义。
未来，纳米化和二维化技术将在碳基材料领域发挥重要作用。
3. 应用前景3.1 能源存储碳基材料在能源存储领域具有广阔的前景。
石墨烯超级电容器因其高比表面积和优异的导电性能，成为新一代高性能能源储存装置的候选材料。
碳纳米管和石墨烯复合材料的应用也为锂离子电池和钠离子电池等储能系统提供了新的解决方案。
3.2 电子设备碳基材料在电子设备领域有着重要应用。
石墨烯和碳纳米管的高电子迁移率和优异的载流子传输性能，使其成为下一代高性能晶体管和柔性电子器件的理想替代材料。
碳基材料的柔性和透明性也使其在可穿戴设备和显示屏技术方面具有潜在应用。
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。
碳纳米材料的应用前景
碳纳米材料的应用前景随着科技的不断进步和需求的不断增长，人们对材料的性能和功能的要求也越来越高。
碳纳米材料作为一种颇具前景的新型材料，其应用前景十分广阔。
本文将从碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯三个方面来探讨碳纳米材料的应用前景。
1.碳纳米管碳纳米管是由碳原子构成的空心圆柱结构，其直径只有纳米级别，长度则可以达到数十微米，因此具有很强的机械性能和电学特性。
在纳米科技领域中，碳纳米管可以作为通道来传输电子和分子，具有电子学和扫描探针显微镜等制备方法的独特性质。
在能源、储存、导电等领域，碳纳米管也有着广泛的应用前景。
比如，在能量储存领域，碳纳米管被广泛应用于锂离子电池等电能存储系统中。
由于其高比表面积和良好的电导率，碳纳米管可以大大提高电池的能量密度和功率密度，从而提高电池的性能。
同时，碳纳米管也可以作为质子交换膜燃料电池的催化剂支撑体，以提高其效率和稳定性。
2.碳纳米纤维碳纳米纤维是碳纳米管的一种，但它是通过纤维化方法制备而成，具有更高的力学强度和更低的密度。
碳纳米纤维不仅可以用于增强复合材料中，还可以应用于电磁干扰屏蔽和导电材料等领域。
在增强复合材料领域中，碳纳米纤维一方面可以增强基体的力学性能，提高其强度和刚度，另一方面也可以渗透到基体内部形成导电路径，提高材料的导电性能。
此外，碳纳米纤维还可以用于高强度电缆的制备，以提高电缆的拉伸强度和断裂韧度。
3.石墨烯石墨烯是一种由碳原子组成的单层平面晶体结构，厚度只有一个碳原子层的纳米材料。
其在电学、光学、力学等领域的性能表现出色，是目前最为热门的碳纳米材料之一。
在电子学领域，石墨烯可以作为新型光电传感器、晶体管和基于量子点的荧光材料等器件的材料，具有重要的应用前景。
同时，石墨烯还可以作为新型薄膜太阳电池的电极材料，以提高光电转换效率和稳定性。
此外，在医学和环境领域，石墨烯也有着广泛的应用前景。
其中，在生物医学领域，石墨烯可以作为药物输送和光学成像等方面的材料；在环境领域，石墨烯可以作为新型吸附材料，用于水和大气污染的处理。
新一代碳基材料的研究现状与发展趋势
新一代碳基材料的研究现状与发展趋势碳是化学元素周期表中的第六元素，其属于非金属元素，具有良好的化学性质和机械性质。
碳元素在自然界中广泛存在，包括天然煤炭、木材、石墨等都含有丰富的碳元素。
随着科技的发展和研究的深入，碳作为一个化学元素得到了更多的关注和利用。
碳材料是指以碳为主要成分的材料，包括炭素纤维、石墨烯、碳纳米管等。
它们因具有独特的电学、热学、力学等物理性质，在材料、能源、电子、医学等领域发挥着重要作用。
其中，石墨烯和碳纳米管被公认为下一代的碳基材料，其具有独特的性能和巨大的应用前景。
石墨烯是一种单层厚度的碳纳米材料，具有优异的电学、热学和力学性能。
石墨烯的导电性比铜还要好，热导率更是比钻石高出5倍，同时也具有极高的机械强度和韧性。
这些独特的性能使得石墨烯在能源、电子、化学、生物等领域具有广泛的应用前景。
石墨烯可以用于制备高效的电池、太阳能电池和光电子器件等，同时也可用于药物传递和生物成像等医学应用。
碳纳米管是由碳原子组成的一种管状结构。
其独特的物理和化学性质，使其具有应用于材料、电子、医学等领域的潜力。
碳纳米管具有很高的比表面积和强度，其电学性能也非常优异。
碳纳米管的导电性能比导铜的性能更高，同时也更能承受高温、高压和化学侵蚀。
由于其特殊的性质，碳纳米管可以用于改进传统材料的强度和硬度，同时也使得制造高效的传感器、铁电器件以及纳米电机等成为可能。
尽管碳纳米材料具有无限的应用前景，但是也面临着许多技术挑战。
一方面，其制备过程存在一定难度，通常需要复杂的合成方法和加工技术，成本较高。
另一方面，石墨烯和碳纳米管的电导率和稳定性还有待于继续提高。
因此，未来的研究方向应该集中在提高材料的成本效益，并优化其功能性能。
当前的研究重点包括材料的精细合成、材料的性质表征以及材料的应用等方面。
同时，研究人员也需要开发更加环保的制备工艺，以便更好地解决碳材料在生产和应用过程中的环境问题。
总的来说，新一代碳基材料在能源、电子、医学等领域具有广泛的应用前景。
纳米材料—石墨烯、碳纳米管
纳米材料—石墨烯/碳纳米管1. 前言由于碳单质和化合物组成的多样性，碳及其化合物一直是材料、物理和化学领域的研究重点之一。
特别近三十年来，随着C60、碳纳米管(CNTs)、石墨烯(Graphene)等明星材料的相续发现，逐次将碳材料的研究推向高潮。
碳纳米管(CNT)和石墨烯(Graphene)分别在1991年和2004年被人们所发现。
碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，它的径向尺寸可达到纳米级，轴向尺寸为微米级，管的两端一般都封口，因此它有很大的强度，同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维碳材料。
零维富勒烯、一维碳纳米管、二维石墨烯共同组成了骨干的碳纳米材料家族，并且它们之间可以在形式上转化（图1）。
图1 石墨烯及各种石墨形体石墨烯和碳纳米管在电学和力学等方面有着相似的性质，但由于结构不同，它们也有很多不同之处。
碳纳米管和石墨烯分别是优良的一维和二维碳材料，它们分别体现出了一维的和二维的各向异性，如导电性、力学性能和导热性等。
为了结合两者的优点，人们将石墨烯和碳纳米管共同用于复合材料。
石墨烯和碳纳米管复合材料形成三维网状结构，通过它们之间的协同效应，使其表现出比任意一种单一材料更加优异的性能，例如更好的各向同性导热性、各向同性导电性、三维空间微孔网络等特性。
基于以上性质，使得石墨烯/碳纳米管复合材料在超级电容器、太阳能电池、显示器、生物检测、燃料电池等方面有着良好的应用前景。
此外，掺杂一些改性剂的石墨烯/碳纳米管复合材料也受到人们的广泛关注，例如在石墨烯/碳纳米管复合电极上添加CdTe量子点制作光电开关、掺杂金属颗粒制作场致发射装置。
由此可见，石墨烯/碳纳米管复合材料越来越多的被人们所应用，也使得石墨烯/碳纳米管复合材料的制备和应用得到更加广泛的关注。
2. 石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法2.1 化学气相沉积法（CVD）CVD法因易于控制膜的组成及成份分散度而被广泛应用于制备石墨烯/碳纳米管复合膜。
碳基材料产业发展趋势
碳基材料产业发展趋势碳基材料是在碳元素基础上制备的材料，具有许多优异的物理、化学和机械特性，例如高强度、高导电性、高热稳定性、低密度等。
随着工业的发展和科技的进步，碳基材料的应用领域越来越广泛，其产业发展也呈现出明显的趋势。
一、碳基材料的种类和特性碳基材料包括碳纤维、碳纳米管、石墨烯等多种材料，具有以下特性：1. 高强度：碳基材料具有很高的强度和刚度，通常比钢材还要高。
2. 高导电性：碳基材料是优良的导电材料，电导率高，能有效传导电流和热量。
3. 高热稳定性：碳基材料能够在高温环境下保持其结构和性能的稳定性。
4. 低密度：碳基材料具有很低的密度，是轻质材料，适合用于制备轻量化产品。
5. 超高比表面积：碳基材料的比表面积非常高，有利于吸附或催化反应等应用。
二、碳基材料产业的发展趋势碳基材料产业正处于快速发展阶段，以下为其发展趋势：1. 多样化应用：碳基材料在航空航天、车辆制造、电子器件、能源存储等领域具有广泛应用，未来将以多样性应用为特点。
2. 轻量化：碳基材料具有轻质化的特性，对于汽车、飞机等交通工具的轻量化设计具有重要意义。
3. 提高效能：碳基材料的导电性能和热传导性能优越，能够大幅提高产品的使用效能和性能。
4. 高品质材料：碳基材料的成本较高，未来碳基材料产业将更加注重材料制备工艺的提升、质量的稳定性和可控性的提高。
5. 环境友好：碳基材料在制备过程中对环境污染较小，未来将更加注重资源的可持续利用和废弃物的回收利用。
6. 简化生产工艺：当前碳基材料的制备工艺复杂，生产成本高，未来将致力于简化工艺流程、降低生产成本。
7. 基础研究的加强：碳基材料的研究存在许多未解之谜，未来需要加强基础研究，提高材料的性能和应用领域的扩展。
三、碳基材料产业在不同领域的应用1. 航空航天领域：碳基材料在航空航天领域的应用广泛，例如制造飞机机身、燃料储存罐等，能够提高飞机的强度和减轻重量。
2. 汽车制造领域：碳基材料在汽车制造领域的应用主要集中在汽车车身、发动机和制动系统等部件，能够提高汽车的安全性和燃油效率。
碳纳米管与石墨烯的对比研究
碳纳米管与石墨烯的对比研究碳纳米管与石墨烯是近年来备受关注的两种碳纳米材料，它们在材料科学、纳米技术、电子学等领域展现出了巨大的应用潜力。
碳纳米管是一种具有特殊结构的碳材料，其具有优异的导电、热导性能和机械性能，因此被广泛应用于电子器件、储能设备、传感器等领域。
而石墨烯作为一种二维碳材料，具有单层原子厚度、高导电性、高柔韧性等优异特性，被认为是未来电子学领域的重要材料之一。
本文将对碳纳米管与石墨烯这两种碳纳米材料进行对比研究，探讨它们的结构特点、性能表现以及应用前景。
碳纳米管的特点主要体现在其结构和性能上。
碳纳米管是一种单层碳原子经过卷曲而成的管状结构，可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
单壁碳纳米管具有更优异的导电性能和机械性能，而多壁碳纳米管则具有更好的化学稳定性。
石墨烯则是由单层碳原子按照六角网格排列而成的二维材料，其具有优异的导电性、光学透明性和柔韧性，是一种理想的电子器件材料。
由于碳纳米管和石墨烯的结构特点不同，因此它们的性能表现也有所区别。
碳纳米管具有优异的导电性和热导性，这与其特殊的结构有关。
碳纳米管中的碳原子呈现出sp²杂化轨道结构，使其具有较高的电子迁移率和载流子迁移速度。
这种结构使得碳纳米管在高频、高速电子器件中具有广泛应用前景。
此外，由于碳纳米管是一种一维纳米材料，具有较高的长度宽比，因此具有优异的载流子输运性能。
在材料学领域，碳纳米管还被用作纳米填料，用于增强复合材料的机械性能。
石墨烯作为一种二维碳材料，其导电性能更为突出。
石墨烯的导电性可以达到铜的几倍甚至几十倍，因此在柔性电子器件、传感器、透明导电膜等领域有着广泛的应用前景。
石墨烯的柔韧性和透明性也为其在柔性电子器件领域带来了很大的机遇。
除了导电性能，碳纳米管和石墨烯还具有优异的力学性能。
碳纳米管具有很高的拉伸强度和模量，以及较好的韧性，因此被广泛用于强化复合材料。
其高强度和低密度还使得碳纳米管可能成为未来轻质高强材料的候选。
纳米材料发展历程
纳米材料发展历程纳米材料是指至少在一维尺度上具有完整的结构的物质，其在纳米尺度下的特性和性能表现出独特的属性。
纳米材料的发展历程可追溯到20世纪60年代初，以下是纳米材料的发展历程。
1960年代至1980年代：纳米粉末的产生在20世纪60年代，科学家们开始研究制备纳米尺度下的金属粉末，并发展出合成纳米尺度尺度金属粉末的方法。
到了20世纪70年代，科学家们进一步研究了纳米尺度粉体的特性，发现其具有独特的热学、电学和光学性能。
1990年代：碳纳米管的发现1991年，日本学者水崎秀树发现了碳纳米管，并将其从示意图模型提升为实际物质。
碳纳米管具有强度高、导电性好等特性，在纳米尺度应用领域具备重要价值。
碳纳米管的发现被认为是纳米材料的一次重大突破，为未来纳米技术的发展奠定了基础。
2000年代：石墨烯的发现2004年，曾荫权教授和安德里·海姆发现了石墨烯，这是一种由碳原子构成的二维材料。
石墨烯的发现让人们开始关注二维材料的研究与应用，其特殊的电学、光学和力学性质使其成为纳米材料研究领域的热点。
石墨烯的发现也奠定了二维材料和石墨烯相关应用的研究基础。
2024年代：纳米材料在生物医学和能源领域的应用在过去的十年里，纳米材料在生物医学和能源领域的应用发展迅速。
纳米材料的特殊性质使其在癌症治疗、药物传递和细胞成像等领域具有潜在应用。
同时，纳米材料在太阳能电池、锂电池和储能材料等能源领域也有广泛应用，为能源转型发展提供了新的方向。
未来展望：纳米材料的研究和应用在未来将继续取得突破性进展。
随着新的合成方法和表征手段的发展，科学家们将能够精确调控纳米材料的尺寸、形态和性能。
纳米材料将在各个领域中发挥日益重要的作用，如电子、光电子学、医学、能源和环境等。
同时，纳米材料的安全性和环境问题也需要得到更多关注，确保其应用的可持续性和可靠性。
总之，纳米材料的发展历程经历了从粉末到碳纳米管、石墨烯以及其他二维材料的突破，对科学、技术和工业都产生了深远的影响。
碳基材料的最新研究与应用
碳基材料的最新研究与应用碳基材料作为一种新兴的材料，在近年来吸引了许多科学家的关注，其具有独特的性能和广泛的应用前景。
本文将介绍碳基材料的最新研究进展和应用情况。
1. 碳纳米管碳纳米管是碳基材料中的一种，具有很高的强度和导电性能。
近年来，科学家们对碳纳米管的研究越来越深入，发现碳纳米管具有许多有趣的性质。
例如，碳纳米管在电磁波吸收、传感和生物医学等领域有广泛的应用。
最新的研究表明，碳纳米管还可以作为锂离子电池的负极材料，在提高电池性能的同时，还可以减轻电池的重量和体积。
2. 石墨烯石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体结构，具有很高的导电性、导热性和机械强度。
由于其独特的性质和广泛的应用前景，石墨烯成为了近年来研究的热点。
最新的研究表明，石墨烯可以用于生物医学领域，例如用于癌症的早期诊断和治疗。
此外，石墨烯还可以用于太阳能电池、传感器、催化剂等领域。
3. 多孔碳材料多孔碳材料是一种具有高比表面积、大孔隙和高化学稳定性的碳材料。
多孔碳材料在催化剂、吸附剂、分离膜和能量存储等领域有广泛的应用。
最新的研究表明，多孔碳材料还可以用于电容器的制备，这是一种新型的能量存储器件，具有充放电速度快、存储密度高等优点。
4. 碳纳米晶碳纳米晶是由纳米级碳晶体组成的一种新型材料。
由于其独特的光学和电学性质，碳纳米晶在太阳能电池、发光二极管和光纤通信等领域有广泛的应用。
最新的研究表明，碳纳米晶还可以应用于新型半导体材料的研究中，促进半导体技术的发展和应用。
5. 其他碳基材料除了上述几种常见的碳基材料，还有许多其他类型的碳基材料，例如碳纤维、碳膜、碳黑等。
这些材料在航空航天、汽车制造、电子元器件等领域有广泛的应用。
最新的研究表明，这些材料还可以应用于新型能源材料的研究中，例如氢能储存材料和新型电池。
这些材料的研究将为未来的能源存储和利用提供新的思路和技术支持。
总之，碳基材料是一种前景广阔的新型材料，其独特的性质和广泛的应用前景吸引了许多科学家的关注。
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]）。
新型碳材料的研究进展和应用前景
新型碳材料的研究进展和应用前景近年来，随着全球对环境和能源问题的关注度越来越高，低碳经济与清洁能源成为了全球的热门话题。
而作为其中的一个重要组成部分，新型碳材料的研究也日益受到了越来越多的关注。
本文将重点介绍新型碳材料的研究进展和应用前景。
首先，我们先来认识一下什么是新型碳材料。
新型碳材料是指具有一定结构和功能的碳材料，不仅具备传统碳材料的基本性质，还具有很多新的特性和应用。
其中最常见的新型碳材料包括碳纳米管、石墨烯和纳米多孔碳材料等。
目前，新型碳材料的研究正在蓬勃发展。
在碳纳米管方面，科研人员通过不断改进和完善制备工艺，已经可以制备出高质量、高稳定性和高比表面积的碳纳米管。
这些碳纳米管具有广泛的应用前景，包括储氢材料、光电器件、催化剂载体等方面。
而在石墨烯领域，石墨烯的制备技术也日渐成熟。
石墨烯具有优异的电学、热学和机械性能，在电子器件、传感器、太阳能电池等领域有着广泛的应用。
除此之外，纳米多孔碳材料也是新型碳材料领域的一大热点。
纳米多孔碳材料具有高比表面积、多孔性和高导电性等特性，可以作为高性能催化剂、电极材料和分离材料等，用途非常广泛。
随着科研人员对这些材料的研究深入，相信未来还会有更多的新型碳材料涌现出来。
除了在科学研究中的应用，新型碳材料也具有广泛的工业应用前景。
例如在电池、超级电容器和储氢材料方面，新型碳材料的应用可以大大提高产品性能。
此外，新型碳材料还可以用于污水处理、废气处理等环境领域，具有非常鲜明的低碳环保特点。
总的来说，新型碳材料研究和应用的前景非常广泛。
研究人员在这个领域不断地探索、尝试，致力于将碳材料的应用范围不断扩大、提高其性能，为低碳经济和清洁能源发展做出自己的贡献。
我们有理由相信，未来新型碳材料的发展会更加快速、全面，给我们的生活带来更多的创新和变化。
碳纳米管
材料化学专业科研训练题目:碳纳米管类导电材料设计班级学号:0809020203姓名:文利指导教师:孙苗哈尔滨理工大学化学与环境工程学院2011年01月12日材料化学专业科研训练摘要碳纳米管为一种新型材料，近年来引起了人们的广泛关注，国内外对其都有一定的研究突破。
本文综述了碳纳米管的研究进展，介绍了碳纳米管的各项性能以及其原理，重点说明碳纳米管的导电性能。
最后提出了设计思路以及可能存在的问题。
错误！未找到引用源。
目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1 碳纳米管简介及发展史 (1)1.2 碳纳米管的分类 (2)1.3 碳纳米管的应用 (3)1.4 展望 (4)第2章 (6)2.1 碳纳米管的导电 (6)2.2 碳纳米管的活化 (8)2.3 碳纳米管的力学性能 (9)2.4 碳纳米管的传热 (10)2.5 碳纳米管的储氢 (11)第3章 (12)3.1 设计原理 (12)3.2 设计思路 (12)3.3 存在问题 (12)3.4 用途 (13)总结 (14)参考文献 (15)第1章绪论1.1碳纳米管简介及发展史在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛(Iijima)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，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子,这就是碳纳米管。
现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳米管,又名巴基管。
碳纳米管具有典型的层状中空结构特征,构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。
管身由六边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形多壁结构。
是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
它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。
层与层之间保持固定的距离，约为0.34nm，直径一般为2～20nm。
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。
石墨烯碳纳米管导电浆料
石墨烯碳纳米管导电浆料
石墨烯和碳纳米管都是具有优异电导性能的碳材料，它们可以以导电浆料的形式使用。
石墨烯碳纳米管导电浆料是将石墨烯和碳纳米管等碳纳米材料分散在溶剂中形成的导电性浆料。
这种导电浆料在电子、能源、传感等领域具有广泛的应用。
例如，在电子器件制备中，石墨烯碳纳米管导电浆料可以用于印刷电路板、柔性电子等领域；在能源存储和转换中，它可以用于超级电容器、锂离子电池等设备；在传感器领域，它可以用于电化学传感器、生物传感器等。
石墨烯碳纳米管导电浆料具有优异的电导性能和导电性可调控性，能够提高器件的电子传输效率和性能。
同时，由于石墨烯和碳纳米管的特殊结构，导电浆料还具有较好的柔性和机械强度，适用于制备柔性电子器件。
在使用石墨烯碳纳米管导电浆料时，需要进行有效的分散处理，以确保碳纳米材料的均匀分散和稳定性，从而获得高质量的导电浆料。
石墨烯和碳纳米管
石墨烯和碳纳米管石墨烯和碳纳米管是来源于天然碳元素的新型纳米材料，由于它们的超强物理和化学性能，可以广泛应用于电力、电子、轻质量传感等领域。
石墨烯和碳纳米管作为新兴的纳米材料，具有独特的结构及性能，可以在不同条件下耐受较高温度。
石墨烯是由单层碳原子构成的大尺寸二维原子薄膜，其形状类似于一块平板，厚度只有一个原子层，可堆砌而成多层原子薄膜，也可以在表面制备出不同结构的石墨烯结构。
石墨烯具有多种独特的物理和化学的电子性质，其几何结构可以控制其高导电性、耐腐蚀性和低摩擦系数等性能，并可以增强少量功能单位的运转速度，有助于增加电子设备的精度和可靠性。
碳纳米管是石墨烯的一个特殊形式，具有更小、更简洁的理化特性。
碳纳米管是一种卷曲的极细碳管，具有极高的电导率、抗热震性和抗拉强度，孔径尺寸可以达到一个原子直径，运动特性类似于纳米材料，其电子特性也有所不同，可以形成更高效、低热量、高容量和速度等新型半导体材料，这些材料可用于光电子学、纳米电子学领域和其他高性能电子产品的制造中，当然也可以用于改善现有的半导体技术来提高功耗及节约能源。
石墨烯和碳纳米管广泛应用于能源、光电子学、纳米电子学和其他电子领域，可以作为新能源材料、气体动力系统、减噪装置和太阳能收集系统等使用。
它们还可以作为电子器件，用于改进信号过滤器的性能，取代密度小的传感器，以及用来检测和识别信号等。
此外，由于石墨烯和碳纳米管拥有超高的热稳定性、抗潮性、自由降解性等特点，因此也可以用作工业材料，如电极材料、过滤器材料等，可以有效改善工业产品的质量和可靠性。
综上所述，石墨烯和碳纳米管被越来越多地应用到现代科学技术和工业生产中，其出色的物理特性和精密的结构特性给我们带来了极大的收益，可以提升电子设备的可靠性，减少系统功耗，从而促进绿色节能，带动社会发展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
德国碳纳米管及石墨烯
的发展概况
LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
德国碳纳米管及石墨烯的发展概况
碳纳米管和石墨烯是世界材料行业飞速发展的产物，因为它们代表着更高的性能，更轻的质量，更可靠的环保责任。
德国在该领域的研究虽然起步较晚，但随着其后续大量的投入，已经让它成为世界上相关产品研发的领跑者。
碳纳米管和石墨的发展前景虽被看好，但高昂的制备成本和较低的产量却严重遏制其大规模应用。
图为：单壁碳纳米管（左），多壁碳纳米管（右）随着行业对于材料性能的要求越来越高，传统材料的发展占空间逐渐走向萎缩，而高新科技材料将会取而代之成为行业选择的未来之路。
众所周知，碳纳米管（CNTs）和石墨烯（graphene）及其复合材料因其卓越的电气及机械特性，已经在诸多领域，如光电，传感器，半导体器件，显示器，指挥，智能纺织品和能量转换装置（例如，燃料电池，收割机和电池）等，显示出巨大的应用潜能。
从化学结构看，碳纳米管（CNTs）可以用作有机或无机半导体的替代物，但高昂的成本是目前限制其广泛用的最大难题。
然而，碳纳米管作为一种新型材料有望在不久的将来实现成本低廉化大规模生产。
在电子学应用领域（电磁屏蔽除外），碳纳米管最大的用途是导体。
它不仅具有高电导率，其材料还能呈现透明状，使用起来非常灵活便于拉伸。
因此可以取代ITO，用于制作显示器，触摸屏，光电与显示母线和其他产品。
经实验证明，碳纳米管的迁移率高于硅，这就意味着碳纳米管可以用于制造快速转换晶体管。
此外，碳纳米管能够用于制备高性能的大面积加工设备，如印刷设备，从而帮助提高生产工艺，并显着降低生产成本。
碳纳米管还适
用于制造超级电容器，其原理是通过利用电容和晶体管的功率密度来平衡电池的能量密度，从而达到弥合电池和电容器的差距的目的。
从目前发展程度来看，碳纳米管的最大挑战是材料纯度，设备制造，以及对其他设备材料（如适当的电介质）的需要。
但毋庸置疑的是其无法超越的性能优点（比如高性能，灵活性，透明度和可印刷性），将会为其迎来广阔的发展空间。
IDTechEx公司的一份调查报告指出，碳纳米管在未来5年将会以高达300％的速率增长。
这份名为《碳纳米管和石墨的电子应用：技术，生产商和机遇》的报告涉及的内容还包括：纯碳纳米管生产，和导/半导碳纳米管的分离，及其应用程序。
图3：石墨烯
碳纳米管及石墨烯在德国的发展概况
现在，德国以及世界上许多其他地区，已经越来越重视碳纳米管的应用潜能。
为此，有许多新兴公司，网络和项目已经投身到碳纳米管和石墨烯的研发和应用研究。
其中，最受关注的对象当属多壁碳纳米管（MWCNT）复合材料及其应用，而目前碳纳米管电子产品的开发尚处于起步阶段。
导电复合材料可用于有机电子设备和光电设备，特别是透明的碳纳米管电极可以作为ITO 电极的替代物。
在过去的几年里，德国几乎错过了碳纳米管和石墨烯用于电气和电子应用研究的所有工作。
为了跟上世界科研的步伐，德国碳纳米管创新联盟（）应运而生。
该联盟于2008年正式成立，其中包含约80名来自学术界和工业界的合作伙伴。
碳纳米管创新联盟（）是德国政府高科技战略的一部分，并受到德国联邦教育与研究署（German Federal Ministry for Education and
Research ）“行业和社会材料创新（Materials Innovations for Industry and Society）”项目的资助。
据了解，此项行动包括18个协作项目。
其中有三项涉及交叉技术，并且以发展碳纳米管的生产，功能化和分散等课题的解决方案为开发目的。
此外，CONTACT是另外一个由欧洲委员会“居里夫人”项目（"Marie Curie" programme）资助的新的研究和培训项目。
“居里夫人”项目包含来自7个不同国家的10个伙伴组织，目前由德国弗劳恩霍夫化工科技研究所（German Fraunhofer ICT）负责协调国际项目。
CONTACT项目的主要目的是进行纳米材料的研究和开发，及其加工工艺、描述方法、模拟工具、和材料在实际应用中的实施。
纳米材料的应用领域十分广泛，其中包括风机叶片和电子移动应用领域用的储能材料。
CONTACT项目针对机械和电气性能改进的碳纳米管填充聚合物复合材料
的产业供应链的发展为研究目的。
项目涉及如何对碳纳米管的合成和分散进行优化，和碳纳米管化合物的处理，以及碳纳米管及其复合材料的模拟和特性描述。
新技术将扩大应用范围，并对四个工业应用领域进行案例研究，它们分别是建筑，风机叶片，导电零部件和氧化还原流电池电极。
尽管大多数北美制造商的目光聚焦在单壁碳纳米管（SWCNTs）上，德国和其他欧洲国家，以及亚洲的许多国家（日本和中国分列一二）却领导着多壁碳纳米管的研究和制造。
拜耳材料科学公司（Bayer Material Science）和未来碳公司（Future Carbon GmbH.）是德国主要的碳纳米管供应商。
最近，拜耳材料科技公司（BMS），作为全球最大的聚合物生产商，投资2200万欧元用于兴建一个全球最大的碳纳米管生产基地（位于Chempark Leverkusen），年生产能力达
200吨，由该公司生产和销售的产品品品名为Baytubes 多壁碳纳米管。
拜耳材料科学公司（BMS）隶属于拜耳集团（Bayer Group），是世界领先的碳纳米管生产商之一，其2008年销售额为97亿欧元。
Leverkusen和North Rine-Westphalia地区在全球纳米技术研发领域发挥
着领军作用。
“我们预计到发展中期，德国纳米技术产业能创造10万个新工作岗位。
”拜耳材料科学执行成员约阿希姆.沃尔夫博士说。
此外，巴斯夫公司（BASF），作为世界领先的化工公司，也联合这一领域的专业精英美国沃贝克材料公司（Vorbeck Materials Corp.）一同加入了碳纳米管的研发行列。
美国沃贝克材料公司正致力于石墨烯基及其复合材料在印刷电子产品领域的应用。
在德国，一些研究机构和大学也在碳纳米管和石墨及其复合材料的研究领域扮演着越来越积极的作用。
斯图加特大学就是其中之一，主要是研究在灵活电子行业所使用的碳纳米管基薄膜晶体管（TFT）。
最近，德国斯图加特马克斯普朗克固体研究所（Max Planck Institute for Solid State Research）介绍了他们与北京国家分子科学合作实验室（Beijing National Laboratory for Molecular Sciences）合作的高容量电池涂层碳纳米管的工作。
虽然，锂离子电池在笔记本电脑和混合动力汽车等领域的市场需求非常旺盛，但这种产品的应用要求较为繁琐。
比如，它们必须是轻量级的，而且价格便宜、性能环保、还要具备较大的储能容量。
由涂有二氧化钛纳米多孔涂层的碳纳米管，和由‘同轴电缆’制成的晶体是捕获锂离子最理想的材料。
如果将两者合并起来的话，二氧化钛电容将比普通电容高4倍，而纳米离子比普通离子高3倍。
由于这些材料的制备程序简单，且制备成本远低于
稀有金属电极，因此研究小组希望可以将其进一步推广到其他能源存储设备领域，如超级电容器。
碳纳米管和石墨烯的市场机会
目前，全球石墨烯和多壁碳纳米管的产量已经相当高，约每年数万吨。
据统计，2008年全球多壁碳纳米管的产能已经达到100吨左右（德国拜耳公司和日本昭和电工公司Showa Denko也在统计之列）。
然而，目前大部分多壁碳纳米管产品仅仅用于制造非电子/电器产品用途，或其他简单的应用领域，如电磁屏蔽。
而单壁碳纳米管（SWCNTs）在相关电子产品应用的商业化发展仍处于起步阶段。
目前的主要挑战是如何形成具有成本效益的规模化生产。
相比如何运用单壁碳纳米管来制造设备，如何解决产量问题将更加具有意义。