石墨烯气凝胶介绍 ppt课件
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气凝胶ppt课件
7
气凝胶样品进行的表面形貌分析 8
➢ 气凝胶属于一种固体，但99%是由气体构成，外 观看起来像云一样。它有数百万小孔和皱摺，如 果把1立方厘米的气凝胶拆开，它会填满一个有足 球场那么大的地方。它的小孔不仅能像一块海绵 一样吸附污染物，还能充当气穴。
➢ 气凝胶内含大量的空气，典型的孔洞线度在l—l00 纳米范围，孔洞率在80%以上，是一种具有纳米 结构的多孔材料，在力学、声学、热学、光学等 诸方面均显示其独特性质。它们明显不同于孔洞 结构在微米和毫米量级的多孔材料，其纤细的纳 米结构使得材料的热导率极低，具有极大的比表 面积．对光、声的散射均比传统的多孔性材料小 得多，这些独特的性质不仅使得该材料在基础研 究中引起人们兴趣，而且在许多领域蕴藏着广泛 的应用前景。
气凝胶太空服
✓派宇航员登陆火星预定于2018年进行 ✓气凝胶正用来为人类首次登陆火星时所穿
的太空服研制一种保温隔热衬里 ✓Aspen Aerogel公司的一位资深科学家马
克·克拉耶夫斯基认为，一层18毫米的气凝 胶将足以保护宇航员抵御零下130度的低温。 他说：“它是我们所见过的最棒的绝热材 料。”
➢导热性和折射率也很低，热绝缘能力比最 好的玻璃纤维还要强39倍。
➢由于具备这些特性，气凝胶便成为航天探 测中不可替代的材料，俄罗斯“和平”号 空间站和美国“勇气号”火星探测器都用 它来进行热绝缘。
15
16
➢彗星微粒中包含着太阳系中最原始、最古 老的物质，研究它可以帮助人类更清楚地 了解太阳和行星的历史。2006年，“星尘” 号飞船将带着人类获得的第一批彗星星尘 样品返回地球。
21
军事用途
✓气凝胶作未来的防弹住宅和军用车辆装甲。 ✓在实验室中，一个涂有6毫米气凝胶的金属
气凝胶样品进行的表面形貌分析 8
➢ 气凝胶属于一种固体，但99%是由气体构成，外 观看起来像云一样。它有数百万小孔和皱摺，如 果把1立方厘米的气凝胶拆开，它会填满一个有足 球场那么大的地方。它的小孔不仅能像一块海绵 一样吸附污染物，还能充当气穴。
➢ 气凝胶内含大量的空气，典型的孔洞线度在l—l00 纳米范围，孔洞率在80%以上，是一种具有纳米 结构的多孔材料，在力学、声学、热学、光学等 诸方面均显示其独特性质。它们明显不同于孔洞 结构在微米和毫米量级的多孔材料，其纤细的纳 米结构使得材料的热导率极低，具有极大的比表 面积．对光、声的散射均比传统的多孔性材料小 得多，这些独特的性质不仅使得该材料在基础研 究中引起人们兴趣，而且在许多领域蕴藏着广泛 的应用前景。
气凝胶太空服
✓派宇航员登陆火星预定于2018年进行 ✓气凝胶正用来为人类首次登陆火星时所穿
的太空服研制一种保温隔热衬里 ✓Aspen Aerogel公司的一位资深科学家马
克·克拉耶夫斯基认为，一层18毫米的气凝 胶将足以保护宇航员抵御零下130度的低温。 他说：“它是我们所见过的最棒的绝热材 料。”
➢导热性和折射率也很低，热绝缘能力比最 好的玻璃纤维还要强39倍。
➢由于具备这些特性，气凝胶便成为航天探 测中不可替代的材料，俄罗斯“和平”号 空间站和美国“勇气号”火星探测器都用 它来进行热绝缘。
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16
➢彗星微粒中包含着太阳系中最原始、最古 老的物质，研究它可以帮助人类更清楚地 了解太阳和行星的历史。2006年，“星尘” 号飞船将带着人类获得的第一批彗星星尘 样品返回地球。
21
军事用途
✓气凝胶作未来的防弹住宅和军用车辆装甲。 ✓在实验室中，一个涂有6毫米气凝胶的金属
气凝胶简介演示
气凝胶在承受压力和稳定性方面 存在一定的局限性，需要优化制 备工艺和材料配方以提高其性能 。
降低导热系数
气凝胶的导热系数较高，限制了 其在一些需要低导热系数领域的 应用，需要研发新型材料和制备 方法来降低其导热系数。
增强隔声性能
气凝胶的隔声性能有待提高，需 要研究如何通过改进结构和材料 来增强其隔音效果。
性能优化与改性研究
表面修饰
通过化学或物理方法对气凝胶表 面进行修饰，以提高其润湿性、
耐腐蚀性和抗氧化性等性能。
多孔结构调控
通过改变制备工艺参数，调控气凝 胶的孔径、孔隙率和比表面积等参 数，以提高其吸附性能、隔热性能 和机械性能等。
复合增强
将气凝胶与其他材料进行复合，以 提高其力学性能、电学性能和光学 性能等。
04
气凝胶的研究进展
新型制备方法研究Biblioteka 溶胶-凝胶法通过将无机盐或金属醇盐溶液进行水解、聚合，形成凝胶，再经干燥和热处理得 到气凝胶。此方法制备的气凝胶孔径较小，结构均匀，但制备过程复杂，需要大 量有机溶剂。
超临界干燥法
在超临界状态下，将凝胶置于高压反应釜中，通过控制压力和温度，使凝胶中的 溶剂变成超临界流体，然后迅速释放压力，使凝胶内部形成大量微孔，得到气凝 胶。此方法制备的气凝胶孔径较大，结构较均匀，但需要高压力设备。
3
经过老化、干燥和高温处理后，即可得到气凝胶 。
化学气相沉积法
化学气相沉积法是一种常用于制 备无机气凝胶的方法。
该方法将气体反应物引入反应室 ，在一定条件下发生化学反应， 生成固态物质并沉积在基底上。
通过控制反应条件和沉积时间， 可以制备出具有不同结构和性能
的气凝胶。
模板法
模板法是一种通过使用模板来制备气 凝胶的方法。
降低导热系数
气凝胶的导热系数较高，限制了 其在一些需要低导热系数领域的 应用，需要研发新型材料和制备 方法来降低其导热系数。
增强隔声性能
气凝胶的隔声性能有待提高，需 要研究如何通过改进结构和材料 来增强其隔音效果。
性能优化与改性研究
表面修饰
通过化学或物理方法对气凝胶表 面进行修饰，以提高其润湿性、
耐腐蚀性和抗氧化性等性能。
多孔结构调控
通过改变制备工艺参数，调控气凝 胶的孔径、孔隙率和比表面积等参 数，以提高其吸附性能、隔热性能 和机械性能等。
复合增强
将气凝胶与其他材料进行复合，以 提高其力学性能、电学性能和光学 性能等。
04
气凝胶的研究进展
新型制备方法研究Biblioteka 溶胶-凝胶法通过将无机盐或金属醇盐溶液进行水解、聚合，形成凝胶，再经干燥和热处理得 到气凝胶。此方法制备的气凝胶孔径较小，结构均匀，但制备过程复杂，需要大 量有机溶剂。
超临界干燥法
在超临界状态下，将凝胶置于高压反应釜中，通过控制压力和温度，使凝胶中的 溶剂变成超临界流体，然后迅速释放压力，使凝胶内部形成大量微孔，得到气凝 胶。此方法制备的气凝胶孔径较大，结构较均匀，但需要高压力设备。
3
经过老化、干燥和高温处理后，即可得到气凝胶 。
化学气相沉积法
化学气相沉积法是一种常用于制 备无机气凝胶的方法。
该方法将气体反应物引入反应室 ，在一定条件下发生化学反应， 生成固态物质并沉积在基底上。
通过控制反应条件和沉积时间， 可以制备出具有不同结构和性能
的气凝胶。
模板法
模板法是一种通过使用模板来制备气 凝胶的方法。
气凝胶简介ppt课件
14
气凝胶的热学特性及其应用
Ⅰ.气凝胶材质透明，光线可自由透射 Ⅱ.低折射率，对入射光几乎没有反射损失，太阳光透过率高达87% Ⅲ.纳米孔状材料，内部存在大量微小孔洞，孔隙率在80%~99.8%。 布满了无限多的孔壁，而这些孔壁都是辐射的反射面和折射面，极大 地阻滞了辐射的热量散失。
太阳能利用：因此气凝胶特别适合于用作太阳能集热器及其它集热装 置的保温隔热材料，当太阳光透过气凝胶进入集热器内部，内部系统 将太阳光的光能转化为热能，气凝胶又能有效阻止热量流失。
• 热传导：由于近于无穷多纳米孔的存在，热流在固体
中传递时就只能沿着气孔壁传递，近于无穷多的气孔壁构 成了近于“无穷长路径”效应，使得固体热传导的能力下 降到接近最低极限
9
气凝胶在太空任务的应用
美“火星探路者”探测器 （保护机器人电子仪器设备）
“火星漫步者”，抵挡入夜-100℃超低温
俄罗斯“和平号”空间
气凝胶可以作为飞机上使用的隔热消音材料 。据报道，航天飞机及宇宙飞船在重返大气 层时要经历数千摄氏度的白炽高温，保护其 安全重回地球的绝热材料正是SiO2气凝胶。 美国NASA在“火星流浪者”的设计中，使用 了SiO2气凝胶作为保温层,用来抵挡火星夜晚 的超低温。
20
工业设备及管道的保温
锅炉、炼解炉、 干燥机和窑的 保温
28
安装示意图
29
气凝胶复合材料
应用在暖气管道上的效果图
30
一层6mm厚的气凝胶复合材料 可使热水管的温度从86度降到30度
31
包裹在汽车的发动机上
应用在高速列车上
包裹在储油罐上
铺在地板上
32
33
房屋隔热效果对比
34
冷藏集装箱、保温集装箱
气凝胶的热学特性及其应用
Ⅰ.气凝胶材质透明，光线可自由透射 Ⅱ.低折射率，对入射光几乎没有反射损失，太阳光透过率高达87% Ⅲ.纳米孔状材料，内部存在大量微小孔洞，孔隙率在80%~99.8%。 布满了无限多的孔壁，而这些孔壁都是辐射的反射面和折射面，极大 地阻滞了辐射的热量散失。
太阳能利用：因此气凝胶特别适合于用作太阳能集热器及其它集热装 置的保温隔热材料，当太阳光透过气凝胶进入集热器内部，内部系统 将太阳光的光能转化为热能，气凝胶又能有效阻止热量流失。
• 热传导：由于近于无穷多纳米孔的存在，热流在固体
中传递时就只能沿着气孔壁传递，近于无穷多的气孔壁构 成了近于“无穷长路径”效应，使得固体热传导的能力下 降到接近最低极限
9
气凝胶在太空任务的应用
美“火星探路者”探测器 （保护机器人电子仪器设备）
“火星漫步者”，抵挡入夜-100℃超低温
俄罗斯“和平号”空间
气凝胶可以作为飞机上使用的隔热消音材料 。据报道，航天飞机及宇宙飞船在重返大气 层时要经历数千摄氏度的白炽高温，保护其 安全重回地球的绝热材料正是SiO2气凝胶。 美国NASA在“火星流浪者”的设计中，使用 了SiO2气凝胶作为保温层,用来抵挡火星夜晚 的超低温。
20
工业设备及管道的保温
锅炉、炼解炉、 干燥机和窑的 保温
28
安装示意图
29
气凝胶复合材料
应用在暖气管道上的效果图
30
一层6mm厚的气凝胶复合材料 可使热水管的温度从86度降到30度
31
包裹在汽车的发动机上
应用在高速列车上
包裹在储油罐上
铺在地板上
32
33
房屋隔热效果对比
34
冷藏集装箱、保温集装箱
《气凝胶的应用》课件
为航空航天领域带来革命性的变化。
新能源领域
气凝胶在新能源领域的应用涉及电池隔膜、储能材料等方面， 具有较高的技术门槛和市场需求，未来发展潜力巨大。
气凝胶的环境友好性发展
环保性能提升Leabharlann 气凝胶作为一种环境友好型材料，其 环保性能在未来将得到进一步优化和 提升，如降低生产过程中的环境污染 、提高废弃气凝胶的回收利用率等。
锂离子电池电极材料
总结词
气凝胶作为锂离子电池的电极材料，具有高能量密度、 长寿命和快速充电等优点。
详细描述
锂离子电池是现代电动汽车和可再生能源储存系统的关 键组成部分。气凝胶作为电极材料，能够提供高能量密 度和长寿命的电池性能。同时，气凝胶的快速充电能力 也提高了电池的充电速度和使用效率。此外，气凝胶电 极材料还具有环保、低成本等优点，为电动汽车和可再 生能源储存系统的普及和应用提供了有力支持。
航天器用隔热材料
要点一
总结词
气凝胶因其超强的隔热性能和轻质特点，成为航天器理想 的隔热材料。
要点二
详细描述
在航天领域，气凝胶被广泛应用于航天器的隔热系统，如 卫星和火箭的整流罩、机翼和尾翼等部位。气凝胶能够有 效地阻隔外部热量和内部热量，保护航天器内部的仪器和 设备免受高温和低温的影响。同时，气凝胶的轻质特点也 减少了航天器的重量，提高了有效载荷和能源效率。
油品吸附处理
总结词
气凝胶能够有效吸附油品，在油品处理领域具有广泛 的应用前景。
详细描述
气凝胶具有较大的比表面积和孔体积，能够有效地吸 附油品和其他有机溶剂。在油品泄漏事故中，气凝胶 可以快速吸附泄漏的油品，减少对环境和生态的污染 。此外，气凝胶还可以用于油品脱硫、脱氮等精制过 程，提高油品的质量和环保性。
新能源领域
气凝胶在新能源领域的应用涉及电池隔膜、储能材料等方面， 具有较高的技术门槛和市场需求，未来发展潜力巨大。
气凝胶的环境友好性发展
环保性能提升Leabharlann 气凝胶作为一种环境友好型材料，其 环保性能在未来将得到进一步优化和 提升，如降低生产过程中的环境污染 、提高废弃气凝胶的回收利用率等。
锂离子电池电极材料
总结词
气凝胶作为锂离子电池的电极材料，具有高能量密度、 长寿命和快速充电等优点。
详细描述
锂离子电池是现代电动汽车和可再生能源储存系统的关 键组成部分。气凝胶作为电极材料，能够提供高能量密 度和长寿命的电池性能。同时，气凝胶的快速充电能力 也提高了电池的充电速度和使用效率。此外，气凝胶电 极材料还具有环保、低成本等优点，为电动汽车和可再 生能源储存系统的普及和应用提供了有力支持。
航天器用隔热材料
要点一
总结词
气凝胶因其超强的隔热性能和轻质特点，成为航天器理想 的隔热材料。
要点二
详细描述
在航天领域，气凝胶被广泛应用于航天器的隔热系统，如 卫星和火箭的整流罩、机翼和尾翼等部位。气凝胶能够有 效地阻隔外部热量和内部热量，保护航天器内部的仪器和 设备免受高温和低温的影响。同时，气凝胶的轻质特点也 减少了航天器的重量，提高了有效载荷和能源效率。
油品吸附处理
总结词
气凝胶能够有效吸附油品，在油品处理领域具有广泛 的应用前景。
详细描述
气凝胶具有较大的比表面积和孔体积，能够有效地吸 附油品和其他有机溶剂。在油品泄漏事故中，气凝胶 可以快速吸附泄漏的油品，减少对环境和生态的污染 。此外，气凝胶还可以用于油品脱硫、脱氮等精制过 程，提高油品的质量和环保性。
超材料气凝胶.pptx
一、气凝胶：世界上最轻的气体
英文aerogel，又称为干凝胶。当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶 中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质 是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。
被称为冷烟、固体烟、固体空气或者蓝烟的气凝胶是目前已知 固体物质中最轻并且性能最好的隔热材料，其体积的90%以上都是 极微小的纳米孔洞，其余部分由三维纳米网状孔壁构成。
气凝胶内部充满了两端开放并与表面相通的纳米孔，其 高达1000m2/g的比表面积说明了其中包含孔的数量之多， 因此声音在其中传播时，声能将被其大量存在的孔壁大 大消耗，这使得气凝胶具有比普通多孔材料高数十倍的 吸声效果。
第12页/共20页
由于气凝胶的密度可以通过改变制备条件对其进行控制，因此使得声 阻亦可调。这一特性使得气凝胶可作为声阻耦合材料，如作为压电陶 瓷与空气的声阻耦合材料。 水声反声材料是指声波由水中入射到材料层上能无损耗地全部反射 出去的材料。
第13页/共20页
3、催化特性及其应用
超微粒子特定的表面结构有利于活性组分的分散,从而可以对许多催化 过程产生显著的影响。气凝胶是一种由纳米粒子组成的固体材料，具有小 粒径、高比表面积和低密度等特点，这些特点使气凝胶催化剂的活性和选 择性均远远高于常规催化剂，而且活性组分可以非常均匀地分散于载体中， 同时它还具有优良的热稳定性，可以有效的减少副反应发生。因此气凝胶 作为催化剂，其活性、选择性和寿命都可以得到大幅度地提高，具有非常 良好的催化特性
三、基本特性（5大特性，主要介绍3点）
1、热学特性及其应用 气凝胶的纳米多孔结构使它具有极佳的绝热性能，其热导率甚至比
空气还要低，空气在常温真空状态下的热导率为0.026W/(m·k)，而 气凝胶在常温常压下的热导率一般小于0.020W/(m·k)，在抽真空的 状态下，热导率可低至0.004W/(m·k)。
英文aerogel，又称为干凝胶。当凝胶脱去大部分溶剂，使凝胶 中液体含量比固体含量少得多，或凝胶的空间网状结构中充满的介质 是气体，外表呈固体状，这即为干凝胶，也称为气凝胶。
被称为冷烟、固体烟、固体空气或者蓝烟的气凝胶是目前已知 固体物质中最轻并且性能最好的隔热材料，其体积的90%以上都是 极微小的纳米孔洞，其余部分由三维纳米网状孔壁构成。
气凝胶内部充满了两端开放并与表面相通的纳米孔，其 高达1000m2/g的比表面积说明了其中包含孔的数量之多， 因此声音在其中传播时，声能将被其大量存在的孔壁大 大消耗，这使得气凝胶具有比普通多孔材料高数十倍的 吸声效果。
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由于气凝胶的密度可以通过改变制备条件对其进行控制，因此使得声 阻亦可调。这一特性使得气凝胶可作为声阻耦合材料，如作为压电陶 瓷与空气的声阻耦合材料。 水声反声材料是指声波由水中入射到材料层上能无损耗地全部反射 出去的材料。
第13页/共20页
3、催化特性及其应用
超微粒子特定的表面结构有利于活性组分的分散,从而可以对许多催化 过程产生显著的影响。气凝胶是一种由纳米粒子组成的固体材料，具有小 粒径、高比表面积和低密度等特点，这些特点使气凝胶催化剂的活性和选 择性均远远高于常规催化剂，而且活性组分可以非常均匀地分散于载体中， 同时它还具有优良的热稳定性，可以有效的减少副反应发生。因此气凝胶 作为催化剂，其活性、选择性和寿命都可以得到大幅度地提高，具有非常 良好的催化特性
三、基本特性（5大特性，主要介绍3点）
1、热学特性及其应用 气凝胶的纳米多孔结构使它具有极佳的绝热性能，其热导率甚至比
空气还要低，空气在常温真空状态下的热导率为0.026W/(m·k)，而 气凝胶在常温常压下的热导率一般小于0.020W/(m·k)，在抽真空的 状态下，热导率可低至0.004W/(m·k)。
气凝胶的详细介绍课件
实验案例分析
案例一
采用正硅酸乙酯为硅源，乙醇为溶剂，氨水为催化剂，采用 溶胶凝胶法制备气凝胶。通过改变氨水的浓度，研究催化剂 对气凝胶性能的影响。
案例二
以甲基三甲氧基硅烷为硅源，采用乳化法制备气凝胶。通过 改变乳化剂的种类和浓度，研究乳化剂对气凝胶性能的影响 。
实验注意事项与安全措施
01
02
03
03
气凝胶的生产工艺及设备
气凝胶的生产工艺
气凝胶的生产工艺流程
01
从原料开始，经过一系列的化学反应和物理处理，最终得到气
凝胶产品。
气凝胶生产工艺的分类
02
根据生产工艺的不同，气凝胶可以分为化学气凝胶、物理气凝
胶和复合气凝胶等。
气凝胶生产工艺的特点
03
这些生产工艺具有不同的特点，如生产效率、产品性能等，根
气凝胶市场发展趋势
随着科技的不断进步和应用的深入拓 展，气凝胶市场将迎来更加广阔的发 展空间，预计未来几年将持续保持快 速增长态势。
气凝胶的技术发展趋势
气凝胶制备技术
目前，气凝胶的制备技术已经比较成熟，但制备效率、成本、环保性等方面仍 需进一步改进。未来，研究者将致力于开发更加高效、环保、低成本的制备技 术，以进一步推动气凝胶的应用。
气凝胶生产过程中的问题及解决方案
原料问题
气凝胶生产过程中，原料的纯度、稳定性等因素会影响产 品质量。解决方案：对原料进行严格筛选和检测，确保原 料的质量和稳定性。
反应控制问题
化学反应过程中，温度、压力、浓度等参数的控制会影响 产品质量。解决方案：采用先进的控制系统和检测设备， 对反应过程进行精确控制。
气凝胶的表面覆盖了大量的极性基团，使其具有很高的化学活性和吸附性能，可以 用于催化剂、吸附剂、隔热材料等领域。
石墨烯科普PPT课件
第27页/共29页
Thank you!
第28页/共29页
感谢您的观看！
第29页/共29页
第10页/共29页
石墨烯材料制备
3、热膨胀法 用酸进行插层反应得到膨胀率较低的石墨鳞片， 鳞片的平均厚度约为30μm，横向尺寸在400μm左 右，这种石墨鳞片就是可膨胀石墨。将这种可膨 胀石墨放入微波或高温炉中加热，就可以的到厚 度为几纳米到几十个纳米的纳米石墨片。
第11页/共29页
石墨烯材料制备
Outline
➢石墨烯材料的简介 ➢石墨烯材料的制备 ➢石墨烯材料的性质 ➢石墨烯材料的应用 ➢石墨烯材料的展望
第13页/共29页
石墨烯材料的性质
1、力学性质——比钻石还要硬
数据转换分析：在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每 100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微牛。
据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的压 力才能使1米长的石墨烯断裂。如果物理学家们能制取出 厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳米）石 墨烯，那么需要施加差不多两万牛的压力才能将其扯断。 换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大 约两吨重的物品。
施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使 碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构 稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导 电性。
石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达 到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中 的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地， 应称为“载荷子”(electric charge carrier)， 的性质和相对论性的中微子非常相似。
石墨烯的应用
微电子领域 微电子领域也具有巨大的应用潜力。研究人员甚至将石
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石墨烯材料制备
3、热膨胀法 用酸进行插层反应得到膨胀率较低的石墨鳞片， 鳞片的平均厚度约为30μm，横向尺寸在400μm左 右，这种石墨鳞片就是可膨胀石墨。将这种可膨 胀石墨放入微波或高温炉中加热，就可以的到厚 度为几纳米到几十个纳米的纳米石墨片。
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石墨烯材料制备
Outline
➢石墨烯材料的简介 ➢石墨烯材料的制备 ➢石墨烯材料的性质 ➢石墨烯材料的应用 ➢石墨烯材料的展望
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石墨烯材料的性质
1、力学性质——比钻石还要硬
数据转换分析：在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每 100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微牛。
据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的压 力才能使1米长的石墨烯断裂。如果物理学家们能制取出 厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳米）石 墨烯，那么需要施加差不多两万牛的压力才能将其扯断。 换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大 约两吨重的物品。
施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使 碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构 稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导 电性。
石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达 到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中 的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地， 应称为“载荷子”(electric charge carrier)， 的性质和相对论性的中微子非常相似。
石墨烯的应用
微电子领域 微电子领域也具有巨大的应用潜力。研究人员甚至将石
气凝胶简介ppt课件
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精品课件
军事辆装甲 。
✓在实验室中，一个涂有6毫米气凝胶的金属 板在炸药爆炸中几乎毫发无损。
精品课件
日常生活
➢ 运动器材公司邓禄普(Dunlop)已经研制出一系列用气凝胶加 固的壁球和网球球拍，据说这种球拍能释放更大的力量
➢ 2001年，英国诺丁汉66岁的鲍勃·斯托克尔拥有了一套用气 凝胶隔热的房子，他也因此成为拥有这种房子的第一位英 国人。他说：“保温效果大大改善了。我把自动调温器调 低了5度。这真是一个不可思议的变化。”
精品课件
➢彗星星尘的速度相当于步枪子弹的6倍，尽 管体积比沙粒还要小，可是当它以如此高 速接触其它物质时，自身的物理和化学组 成都有可能发生改变，甚至完全被蒸发。
➢有了气凝胶，这个问题就变得很简单了。 它就像一个极其柔软的棒球手套，可以轻 轻地消减彗星星尘的速度，使它在滑行一 段相当于自身长度200倍的距离后慢慢停下 来。在进入“气凝胶手套”后，星尘会留 下一段胡萝卜状的轨迹，由于气凝胶几乎 是透明的，科学家可以按照轨迹轻松地找
➢ 气凝胶内含大量的空气，典型的孔洞线度在l—l00 纳米范围，孔洞率在80%以上，是一种具有纳米结 构的多孔材料，在力学、声学、热学、光学等诸 方面均显示其独特性质。它们明显不同于孔洞结 构在微米和毫米量级的多孔材料，其纤细的纳米 结构使得材料的热导率极低，具有极大的比表面 积．对光、声的散射均比传统的多孔性材料小得 多，这些独特的性质不仅使得该材料在基础研究 中引起人们兴趣，而且在许多领域蕴藏着广泛的 应用前景。
✓ 作为一种新型纳米多孔材料，除硅气凝胶外，已 研制的还有其它单元、二元或多元氧化物气凝胶 、有机气凝胶及碳气凝胶。
2024石墨烯技术PPT课件
contents •石墨烯概述•石墨烯制备方法•石墨烯表征技术•石墨烯应用领域•石墨烯产业发展现状与趋势•总结与展望目录石墨烯定义与结构定义结构石墨烯的每个碳原子与周围三个碳原子通过共价键连接，形成稳定的六边形结构。
这种结构使得石墨烯具有出色的力学、电学和热学性能。
石墨烯性质与特点力学性质石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，可以弯曲成各种形状而不断裂。
电学性质石墨烯具有优异的导电性能，电子在其中的移动速度极快，使得石墨烯成为理想的电极材料。
热学性质石墨烯具有极高的热导率，可以快速地将热量从一个区域传递到另一个区域，这使得石墨烯在散热领域具有广阔的应用前景。
光学性质石墨烯对光的吸收率很低，且透光性极好，这使得石墨烯在透明导电薄膜等领域具有潜在的应用价值。
石墨烯发现历程及意义发现历程石墨烯最初是由英国曼彻斯特大学的两位科学家通过机械剥离法从石墨中分离出来的。
这一发现引起了科学界的广泛关注，并开启了石墨烯研究的新篇章。
意义石墨烯的发现不仅打破了二维晶体无法稳定存在的传统认知，而且为材料科学、凝聚态物理以及电子器件等领域的发展带来了新的机遇。
石墨烯的优异性能使得它在能源、环保、医疗、航空航天等领域具有广阔的应用前景，有望引领新一轮的技术革命和产业变革。
机械剥离法01020304原理优点缺点应用领域化学气相沉积法在高温下，碳源气体在催化剂表面分解并沉积形成石墨烯。
可控制备大面积、高质量的石墨烯；与现有半导体工艺兼容。
设备成本高，制备过程中可能产生有毒气体。
透明导电薄膜、电子器件、传感器等。
原理优点缺点应用领域原理优点缺点应用领域氧化还原法利用溶剂将石墨剥离成单层或少层石墨烯，适用于大规模生产。
液相剥离法碳化硅外延法电弧放电法激光诱导法通过高温处理碳化硅晶体，使其表面外延生长出石墨烯，适用于制备高质量石墨烯。
利用电弧放电产生的高温高压条件，将石墨转化为石墨烯，但产量较低。
利用激光束照射石墨表面，诱导出石墨烯，但设备成本较高。
石墨烯简单介绍ppt课件
石墨烯
1
什 么 是 石 墨 烯？
石墨烯（英文名Graphene）是一种由C原子 形成的蜂窝状的准二维结构，是C的另外一种 同素异形体。
。例如，在计算石墨和碳纳米 管特性时，通常都是从石墨烯这个基本结构单 元出发的。
石墨烯：基本结构单元
2
石墨烯的来源？
实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出 单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨。1mm厚的石墨 大约包含300万层石墨烯。
7
发现历程
可惜的一步之遥
美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Rodney Rouff层尝试着将石 墨在硅片上摩擦，并深信采用这个简单的办法可后的石墨烯，但 他没有对产物做进一步的检测
美国哥伦比亚大学的Philip Kim利用石墨制作了一个“纳米铅 笔”，在一个表面上画写并得到了石墨薄片，层数最低可达0层
5
发发现现历历程程
• 1947年Philip Wallace研究石墨烯电子结构
曲 • 1956年J.W.McClure推到出相应的波函数 • 1960年Linus Pauling曾质疑过石墨烯的导电性
折 • 1984年G.W.Semenoff得出与波函数方程类似的狄拉克方程 的 • 1987年首席使用“graphene”指代单层石墨烯
3
石墨烯介绍
1.发现历程 结构与性能 石墨烯制备 石墨烯应用 石墨烯未来
4
发现历程 碳─自然界万事万物中最重要 的物质，也是构成有机生命体的主 要元素。碳材料包括活性炭、碳黑、 碳纤维、金刚石、石墨。 随着纳米技术的发展，1985年 由60个碳原子构成的“足球”分子 C石60墨（层富卷勒曲烯而）成被的发一现维，管19状91纳年米由结 构：碳纳米管被发现。 2004年英国曼彻斯特大学两位 科学家Andre Geim和Konstantin Novoselov在用机械剥离发制备出 石墨烯。
1
什 么 是 石 墨 烯？
石墨烯（英文名Graphene）是一种由C原子 形成的蜂窝状的准二维结构，是C的另外一种 同素异形体。
。例如，在计算石墨和碳纳米 管特性时，通常都是从石墨烯这个基本结构单 元出发的。
石墨烯：基本结构单元
2
石墨烯的来源？
实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出 单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨。1mm厚的石墨 大约包含300万层石墨烯。
7
发现历程
可惜的一步之遥
美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Rodney Rouff层尝试着将石 墨在硅片上摩擦，并深信采用这个简单的办法可后的石墨烯，但 他没有对产物做进一步的检测
美国哥伦比亚大学的Philip Kim利用石墨制作了一个“纳米铅 笔”，在一个表面上画写并得到了石墨薄片，层数最低可达0层
5
发发现现历历程程
• 1947年Philip Wallace研究石墨烯电子结构
曲 • 1956年J.W.McClure推到出相应的波函数 • 1960年Linus Pauling曾质疑过石墨烯的导电性
折 • 1984年G.W.Semenoff得出与波函数方程类似的狄拉克方程 的 • 1987年首席使用“graphene”指代单层石墨烯
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石墨烯介绍
1.发现历程 结构与性能 石墨烯制备 石墨烯应用 石墨烯未来
4
发现历程 碳─自然界万事万物中最重要 的物质，也是构成有机生命体的主 要元素。碳材料包括活性炭、碳黑、 碳纤维、金刚石、石墨。 随着纳米技术的发展，1985年 由60个碳原子构成的“足球”分子 C石60墨（层富卷勒曲烯而）成被的发一现维，管19状91纳年米由结 构：碳纳米管被发现。 2004年英国曼彻斯特大学两位 科学家Andre Geim和Konstantin Novoselov在用机械剥离发制备出 石墨烯。
石墨烯-PPT
4，电子的相互作用
石墨烯中电子间以及电子与蜂窝状栅格 间均存在着强烈的相互作用。 石墨烯中的电子不仅与蜂巢晶格之间相 互作用强烈，而且电子和电子之间也有很 强的相互作用。
5、其它特殊性质 ① 石墨烯具有明显的二维电子特性。 ② 在石墨烯中不具有量子干涉磁阻 ③ 石墨烯电子性质用量子力学的迪拉克方程来描 述比薛定谔方程更 ④ 好可控渗透性 ⑤ 离子导电体各向异性 ⑥ 超电容性 ………………
实现人类梦想
Dreams： Dreams：对于强度比世界上最好的钢铁还要高 上百倍的石墨烯，如果能加以利用， 上百倍的石墨烯，如果能加以利用，不仅可以造 出纸片般薄的超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣， 出纸片般薄的超轻型飞机材料、超坚韧的防弹衣， 甚至还可以制作23000英里长伸入太空的电梯， 23000英里长伸入太空的电梯 甚至还可以制作23000英里长伸入太空的电梯， 实现人类坐电梯进入太空的梦想。 实现人类坐电梯进入太空的梦想。 美国国家航空航天局（NASA）悬赏400万美金 美国国家航空航天局（NASA）悬赏400万美金 400 鼓励科学家们进行这种电梯的开发
二、石墨烯材料的制备
1、机械剥离法 通过机械力从新鲜石墨晶体的表面剥离石墨烯片层。 加热SiC SiC法 2、加热SiC法 通过加热单晶SiC脱除Si，在单晶(0001)面上分解出石墨烯片层。Berger 等人已经能可控地制备出单层. 或是多层石墨烯 。据预测这种方法很可能是 未来大量制备石墨烯的主要方法之一。 3、热膨胀法 4、化学法
三、石墨烯材料的性质
1、力学性质——比钻石还要硬 力学性质——比钻石还要硬 ——
数据转换分析：在石墨烯样品微粒开始碎裂前， 数据转换分析：在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每 100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微 纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9 100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微 牛。 据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的 据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的 55 压力才能使1米长的石墨烯断裂。 压力才能使1米长的石墨烯断裂。如果物理学家们能制 取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100 100纳 取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳 石墨烯， 米）石墨烯，那么需要施加差不多两万牛的压力才能将 其扯断。换句话说，如果用石墨烯制成包装袋， 其扯断。换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它 将能承受大约两吨重的物品。 将能承受大约两吨重的物品。 打个比方说单层石墨烯的强度， 打个比方说单层石墨烯的强度，就像把大象的重量 加到一支铅笔上， 加到一支铅笔上，才能够用这支铅笔刺穿仅像保鲜膜一 样厚度的单层石墨烯。 样厚度的单层石墨烯。
纤维素石墨烯气凝胶讲义
实验
1.材料
原始石墨
氧化石墨
热剥离氧化石墨 烯片（TGO）
氧化石墨烯 （GO）
GNPs
微晶纤维素（MCC）
NaOH/尿素/水
环氧氯丙烷（ECH）
PEG
实验
2.PEG/纤维素/GNP复合材料的制备
实验
3.表征
1.原子力显微镜AFM：GNPs厚度 2.拉曼光谱：含氧基团 3.SEM：纤维素/Gx气凝胶和PCGx复合材料的形貌 4.XRD：晶体结构 5.TGA：纤维素/Gx、PEG和PCGx的质量温度关系 6.DSC：PEG和PCGx的热稳定性 7.机械热分析：PCGx和PEG的形状稳定性
结果与讨论
GNPs的AFM图像和GO、TGO、GNPs的拉曼光谱
结果与讨论
纤维素/G3和PCG3的SEM图像
结果与讨论
PEG、PCGx和PCGx的X衍射图样
结果与讨论
PEG、纤维素/Gx气凝胶和PCGx的TGA图
结果与讨论
不同GNPs含量PCGx的DSC曲线
结
机械热分析仪测定PCGx和PEG的形状稳定性
结论
1.纤维素气凝胶的多孔结构保证了PCGx中PEG的 高含量，从而使气凝胶具有大的熔化潜热。 2. 纤 维 素 本 身 的 三 维 网 络 结 构 提 供 了 良 好 的 稳 定 性，即使在高于PEG熔点时施压，PCGx复合材料 仍能保持其形状稳定性且不发生任何渗漏。 3.通过掺入GNPs提高PCGx的导热性。 4.利用真空辅助工艺将PEG浸入到纤维素/GNP气 凝胶中制备具有高导热性、大熔化潜热和良好稳定 性的PCGx 复合材料。
Thank you !
纤维素/GNPs气凝胶的储热性能研究
目录
介绍 实验 结果与讨论 结论