碳纳米管与石墨烯45页PPT
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《碳纳米管》PPT课件
分类：
离子液体修饰碳纳米管 、表面活性剂 （十二 烷基磺酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠 (SDBS) ）、聚间亚苯基亚乙烯（PmPV） 等
4 碳纳米管的基本性质
（1）力学性能：sp2杂化形成的C=C共价键是自然界 最强的价键之一，赋予碳纳米管极强的强度、韧性 及弹性模量，使碳纳米管具有优异的力学性能。由 于碳纳米管的纳米尺度和易缠绕的特点，直接用传 统实验方法测量其力学性能比较困难，因此最初对 碳纳米管力学性能的研究集中在理论预测上。
当今世界公开报道高质、高效、连续大批 量工业化生产碳纳米管的实例：沸腾床催化法、 化学气相沉积法
碳纳米管结构示意图
(A) 椅形单壁碳纳米管 (B) Z字形单壁碳纳米管 (C) 手性单壁碳纳米管 (D) 螺旋状碳纳米管 (E) 多壁碳纳米管截面图
（方A）法电和弧设放备电都法较：相其似方。法阴及极设采备用与厚制约备10Ｃmm60的， 直径约为30mm的高纯高致密的石墨片，阳极 采用直径约为6mm的石墨棒，整个系统保持 在气压约104Pa的氦气气氛中，放电电流为50 Ａ左右，放电电压20Ｖ。通过调节阳极进给速 度，可以保持在阳极不断消耗和阴极不断生长 的同时，两电极的放电端面距离不变，从而可 以得到大面积离散分布的碳纳米管，同时还可 能产生碳纳米微粒。
(D)激光法
机理:与电弧放电法类似，主要是将一根金属催化剂/ 石墨混合的石墨靶放置于一长形石英管中间，该管 则置于一加热炉内。当炉温升至1200℃时，将惰性 气体充入管内，并将一束激光聚焦于石墨靶上。石 墨靶在激光照射下将生成气态碳，这些气态碳和催 化剂粒子被气流从高温区带向低温区，在催化剂的 作用下生长成碳纳米管。
发现：1991年，日本学者Ijima和美国的Bethune 等人在掺加过渡金属催化剂的石墨电极间起弧放 电，并在制备产物中分别发现了单壁纳米管。
离子液体修饰碳纳米管 、表面活性剂 （十二 烷基磺酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠 (SDBS) ）、聚间亚苯基亚乙烯（PmPV） 等
4 碳纳米管的基本性质
（1）力学性能：sp2杂化形成的C=C共价键是自然界 最强的价键之一，赋予碳纳米管极强的强度、韧性 及弹性模量，使碳纳米管具有优异的力学性能。由 于碳纳米管的纳米尺度和易缠绕的特点，直接用传 统实验方法测量其力学性能比较困难，因此最初对 碳纳米管力学性能的研究集中在理论预测上。
当今世界公开报道高质、高效、连续大批 量工业化生产碳纳米管的实例：沸腾床催化法、 化学气相沉积法
碳纳米管结构示意图
(A) 椅形单壁碳纳米管 (B) Z字形单壁碳纳米管 (C) 手性单壁碳纳米管 (D) 螺旋状碳纳米管 (E) 多壁碳纳米管截面图
（方A）法电和弧设放备电都法较：相其似方。法阴及极设采备用与厚制约备10Ｃmm60的， 直径约为30mm的高纯高致密的石墨片，阳极 采用直径约为6mm的石墨棒，整个系统保持 在气压约104Pa的氦气气氛中，放电电流为50 Ａ左右，放电电压20Ｖ。通过调节阳极进给速 度，可以保持在阳极不断消耗和阴极不断生长 的同时，两电极的放电端面距离不变，从而可 以得到大面积离散分布的碳纳米管，同时还可 能产生碳纳米微粒。
(D)激光法
机理:与电弧放电法类似，主要是将一根金属催化剂/ 石墨混合的石墨靶放置于一长形石英管中间，该管 则置于一加热炉内。当炉温升至1200℃时，将惰性 气体充入管内，并将一束激光聚焦于石墨靶上。石 墨靶在激光照射下将生成气态碳，这些气态碳和催 化剂粒子被气流从高温区带向低温区，在催化剂的 作用下生长成碳纳米管。
发现：1991年，日本学者Ijima和美国的Bethune 等人在掺加过渡金属催化剂的石墨电极间起弧放 电，并在制备产物中分别发现了单壁纳米管。
碳纳米管的制备ppt课件
缺点：制备纳米碳管的成本较高, 难以推广应用 。
一般多用于生产单壁碳纳米管
7
可编辑课件PPT
催化热解法
又叫化学气相沉积法,含有碳的气体流经催化剂纳米 颗粒表面时分解产生碳原子, 在催化剂表面生成碳纳 米管. 基体法利用石墨或陶瓷等作载体, 将催化剂附着于其上
, 高温下通入含碳气体使之分解并在催化剂颗粒上长出碳纳米 管; 浮游法就是直接加热催化剂前驱体使其成气态, 同时与气 态烃一起被引入反应室, 在不同温区各自分解, 分解的催化剂 原子逐渐聚集成纳米级颗粒, 浮游在反应空间,分解的碳原子在 催化剂颗粒上析出, 形成碳纳米管。
8
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催化热解法的优缺点
优点：条件可控、容易批量生产等优点, 自发现
以来受到极大关注, 成为纳米碳管的主要合成方法 之一。
缺点:含有许多杂质 , 需要进一步纯化 , 且碳纳
米管缠绕成微米级大团 , 还需要进一步进行分散 处理
9
可编辑课件PPT
碳纳米管合成的工程原理
宏观尺度
宏观尺度上连续生产碳纳米管,涉及多 相催化工程、反应工程以及应用探索、 市场开拓等复杂工程.
碳纳米管的制备
报告人
1
可编辑课件PPT
碳纳米管制备的发展历程
1991年电弧放电法首次得到了碳纳米管
1996年激光蒸发法
化学气相沉积法
水热法、凝聚相电解生成法等
2
可编辑课件PPT
碳纳米管的制备
微观尺度
微观尺度上, 碳纳米管的生长是碳原子 自组装成一维管状结构的过程, 即碳原 子形成六元环或五七元环卷曲形成具有 特定螺旋角的过程
12
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碳纳米管合成的工程原理
团聚结构控制
一般多用于生产单壁碳纳米管
7
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催化热解法
又叫化学气相沉积法,含有碳的气体流经催化剂纳米 颗粒表面时分解产生碳原子, 在催化剂表面生成碳纳 米管. 基体法利用石墨或陶瓷等作载体, 将催化剂附着于其上
, 高温下通入含碳气体使之分解并在催化剂颗粒上长出碳纳米 管; 浮游法就是直接加热催化剂前驱体使其成气态, 同时与气 态烃一起被引入反应室, 在不同温区各自分解, 分解的催化剂 原子逐渐聚集成纳米级颗粒, 浮游在反应空间,分解的碳原子在 催化剂颗粒上析出, 形成碳纳米管。
8
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催化热解法的优缺点
优点：条件可控、容易批量生产等优点, 自发现
以来受到极大关注, 成为纳米碳管的主要合成方法 之一。
缺点:含有许多杂质 , 需要进一步纯化 , 且碳纳
米管缠绕成微米级大团 , 还需要进一步进行分散 处理
9
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碳纳米管合成的工程原理
宏观尺度
宏观尺度上连续生产碳纳米管,涉及多 相催化工程、反应工程以及应用探索、 市场开拓等复杂工程.
碳纳米管的制备
报告人
1
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碳纳米管制备的发展历程
1991年电弧放电法首次得到了碳纳米管
1996年激光蒸发法
化学气相沉积法
水热法、凝聚相电解生成法等
2
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碳纳米管的制备
微观尺度
微观尺度上, 碳纳米管的生长是碳原子 自组装成一维管状结构的过程, 即碳原 子形成六元环或五七元环卷曲形成具有 特定螺旋角的过程
12
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碳纳米管合成的工程原理
团聚结构控制
石墨烯纳米材料PPT课件
第12页/共20页
三、石墨烯的表征——拉曼光谱（Raman）
第13页/共20页
石墨烯的拉曼光谱由若干峰组成，主要为G峰，D峰以及G’峰。
514nm激光激发下单层石墨烯的典型拉曼光谱
由图，G峰是石墨烯的主要特征峰， 由sp2碳原子的面内振动引起的，出 现在1580cm-1附近，该峰能有效反 映石墨烯的层数；D峰被认为是石 墨烯的无序振动峰，它是由于晶格 振动离开布里渊区中心引起的，用 于表征石墨烯样品中的结构缺陷或 边缘；G’峰是双声子共振二阶拉曼 峰，用于表征石墨烯样品中碳原子 的层间堆垛方式。
第17页/共20页
石墨烯五大应用领域
•
1.光电产品领域，以其非常好的透光性、导电性和可弯曲性，在触摸屏、
可穿戴设备、OLED（有机电激光显示）、太阳能等领域中发挥作用。这也是目前来自认最可能首先实现商品化的领域。
•
2.能源技术领域，主要依赖于石墨烯超高的比表面积、超轻的重量和非常
好的导电性。采用石墨烯的超级电容器，其极限储能密度是现有材料的2-5倍
END
第19页/共20页
感谢您的观看！
第20页/共20页
物理法：
微机械剥离法、取向附生法 、液相和气相直接剥离法、碳纳米管剪切法。
化学法：
化学氧化还原法、化学气相沉积法、化学溶液直接剥离法、SiC高温分
解法、PMMA碳化法、有机合成法。
第10页/共20页
1、机械剥离法：
• 机械剥离法是最早用于制备石墨烯的方法,主要通过机械 力从新鲜石墨晶体的表面剥离出石墨烯片层。早期的机械剥 离法所制得的石墨薄片通常含有几十至上百个片层,随着技术
第1页/共20页
碳的同素异形体： 零维（石墨稀量子点（GQDs），富勒烯） 一维（碳纳米管，石墨稀纳米带） 二维（石墨稀） 三维（石墨，金刚石）
三、石墨烯的表征——拉曼光谱（Raman）
第13页/共20页
石墨烯的拉曼光谱由若干峰组成，主要为G峰，D峰以及G’峰。
514nm激光激发下单层石墨烯的典型拉曼光谱
由图，G峰是石墨烯的主要特征峰， 由sp2碳原子的面内振动引起的，出 现在1580cm-1附近，该峰能有效反 映石墨烯的层数；D峰被认为是石 墨烯的无序振动峰，它是由于晶格 振动离开布里渊区中心引起的，用 于表征石墨烯样品中的结构缺陷或 边缘；G’峰是双声子共振二阶拉曼 峰，用于表征石墨烯样品中碳原子 的层间堆垛方式。
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石墨烯五大应用领域
•
1.光电产品领域，以其非常好的透光性、导电性和可弯曲性，在触摸屏、
可穿戴设备、OLED（有机电激光显示）、太阳能等领域中发挥作用。这也是目前来自认最可能首先实现商品化的领域。
•
2.能源技术领域，主要依赖于石墨烯超高的比表面积、超轻的重量和非常
好的导电性。采用石墨烯的超级电容器，其极限储能密度是现有材料的2-5倍
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物理法：
微机械剥离法、取向附生法 、液相和气相直接剥离法、碳纳米管剪切法。
化学法：
化学氧化还原法、化学气相沉积法、化学溶液直接剥离法、SiC高温分
解法、PMMA碳化法、有机合成法。
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1、机械剥离法：
• 机械剥离法是最早用于制备石墨烯的方法,主要通过机械 力从新鲜石墨晶体的表面剥离出石墨烯片层。早期的机械剥 离法所制得的石墨薄片通常含有几十至上百个片层,随着技术
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碳的同素异形体： 零维（石墨稀量子点（GQDs），富勒烯） 一维（碳纳米管，石墨稀纳米带） 二维（石墨稀） 三维（石墨，金刚石）
新材料概论碳纳米管课件
通过化学或物理方法对碳纳米管进行改性， 以提高其分散性和界面稳定性。
环保与可持续性
在合成和使用过程中，考虑碳纳米管的环保 和可持续性问题也正在成为研究热点。
05
碳纳米管的生产与市场产主要采用气相沉积、电弧放 电和激光脉冲等方法。其中，气相沉积法具 有生长速度快、纯度高、可大规模生产等优 点，但设备成本较高。电弧放电法和激光脉 冲法具有设备简单、成本低等优点，但产量 较低。
02 将不同性能的材料进行复合，实现材料的多功能特性
，如强度、韧性、耐磨性、导电性、导热性等。
多功能复合材料应用
03
将多功能复合材料应用于不同的领域，如航空航天、
汽车、能源、生物医学等。
新兴应用领域拓展
01
新一代信息技术
发展新型电子器件、光电器件、 传感器的应用，推动信息技术领 域的创新发展。
02
化学稳定性
碳纳米管在大多数化学环境下都具 有很好的稳定性，使其在化学反应中 具有很好的应用前景。
挑战与瓶颈
01
生产与合成难度
碳纳米管的制备和合成仍存在一 定的挑战，其大规模生产和成本
控制是当前的研究重点。
03
界面稳定性差
在某些应用中，碳纳米管的界面 稳定性较差，可能会影响其性能
。
02
分散与纯化问题
其他制备方法
总结词
其他制备碳纳米管的方法
VS
详细描述
除上述方法外，还有许多其他制备碳纳米 管的方法，如燃烧合成法、溶胶凝胶法等 。这些方法各有优缺点，可根据实际需求 选择合适的方法。
03
碳纳米管的应用领域
纳米电子器件
碳纳米管在制造纳米电子器件方面具有高导电性和稳定性，可以用于制造高灵敏 度的场效应晶体管、逻辑电路和存储器等。
环保与可持续性
在合成和使用过程中，考虑碳纳米管的环保 和可持续性问题也正在成为研究热点。
05
碳纳米管的生产与市场产主要采用气相沉积、电弧放 电和激光脉冲等方法。其中，气相沉积法具 有生长速度快、纯度高、可大规模生产等优 点，但设备成本较高。电弧放电法和激光脉 冲法具有设备简单、成本低等优点，但产量 较低。
02 将不同性能的材料进行复合，实现材料的多功能特性
，如强度、韧性、耐磨性、导电性、导热性等。
多功能复合材料应用
03
将多功能复合材料应用于不同的领域，如航空航天、
汽车、能源、生物医学等。
新兴应用领域拓展
01
新一代信息技术
发展新型电子器件、光电器件、 传感器的应用，推动信息技术领 域的创新发展。
02
化学稳定性
碳纳米管在大多数化学环境下都具 有很好的稳定性，使其在化学反应中 具有很好的应用前景。
挑战与瓶颈
01
生产与合成难度
碳纳米管的制备和合成仍存在一 定的挑战，其大规模生产和成本
控制是当前的研究重点。
03
界面稳定性差
在某些应用中，碳纳米管的界面 稳定性较差，可能会影响其性能
。
02
分散与纯化问题
其他制备方法
总结词
其他制备碳纳米管的方法
VS
详细描述
除上述方法外，还有许多其他制备碳纳米 管的方法，如燃烧合成法、溶胶凝胶法等 。这些方法各有优缺点，可根据实际需求 选择合适的方法。
03
碳纳米管的应用领域
纳米电子器件
碳纳米管在制造纳米电子器件方面具有高导电性和稳定性，可以用于制造高灵敏 度的场效应晶体管、逻辑电路和存储器等。
碳纳米管合成以及应用PPT课件
Biosensors
• 优点：超灵敏，应用范围广，蛋白的生理活性的测定 • 应用：医疗方面对糖尿病的检测
第37页/共68页
CNT应用及理论
基质辅助激光解吸技术（MALDI）的基质
MALDI－TOF技术主要用来研究生物大分子如大分子聚合物、 生物分子、非共价化合物等等。
• 2003年DICP邹汉法研究员用CNT做基质成功的测定了小肽 和环糊精等小分子的分子量。
第32页/共68页
CNT应用及理论
制备纳米材料的模板
一维纳米中空孔道赋予了纳米碳管独特的吸附、储气和 浸润特性。根据理论计算，中空的纳米碳管具有毛细作用， 纳米碳管为模板制备其它纳米线的研究工作。以纳米碳管 为基础，利用它的中空结构和毛细作用可制备其它纳米 结构。对纳米碳管进行B、N等元素掺杂已获得了一系列 新型纳米管。以纳米碳管为母体，通过气相反应方法可 以制备出SiC、GeO2、GaN等多种纳米棒以及各种金属的 纳米线。这些新的一维纳米材料的出现，必将对纳米材 料的研究和发展产生积极的影响。
第28页/共68页
CNT应用及理论
第29页/共68页
CNT应用及理论
第30页/共68页
CNT应用及理论
美国美通国用通用汽汽车车概公公念司车司液－液氢氢氢为动能一为源号能的源燃料的电燃池料电池 概念车－氢动一号
第31页/共68页
CNT应用及理论
锂离子电池
碳纳米管的层间距为0.34nm,略大于石墨的层间距0.335nm,这 有利于Li+的嵌入与迁出,它特殊的圆筒状构型不仅可使Li+从外壁 和内壁两方面嵌入,又可防止因溶剂化Li+嵌入引起的石墨层剥离 而造成负极材料的损坏。碳纳米管掺杂石墨时可提高石墨负极的 导电性,消除极化。
• 优点：超灵敏，应用范围广，蛋白的生理活性的测定 • 应用：医疗方面对糖尿病的检测
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CNT应用及理论
基质辅助激光解吸技术（MALDI）的基质
MALDI－TOF技术主要用来研究生物大分子如大分子聚合物、 生物分子、非共价化合物等等。
• 2003年DICP邹汉法研究员用CNT做基质成功的测定了小肽 和环糊精等小分子的分子量。
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CNT应用及理论
制备纳米材料的模板
一维纳米中空孔道赋予了纳米碳管独特的吸附、储气和 浸润特性。根据理论计算，中空的纳米碳管具有毛细作用， 纳米碳管为模板制备其它纳米线的研究工作。以纳米碳管 为基础，利用它的中空结构和毛细作用可制备其它纳米 结构。对纳米碳管进行B、N等元素掺杂已获得了一系列 新型纳米管。以纳米碳管为母体，通过气相反应方法可 以制备出SiC、GeO2、GaN等多种纳米棒以及各种金属的 纳米线。这些新的一维纳米材料的出现，必将对纳米材 料的研究和发展产生积极的影响。
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CNT应用及理论
第29页/共68页
CNT应用及理论
第30页/共68页
CNT应用及理论
美国美通国用通用汽汽车车概公公念司车司液－液氢氢氢为动能一为源号能的源燃料的电燃池料电池 概念车－氢动一号
第31页/共68页
CNT应用及理论
锂离子电池
碳纳米管的层间距为0.34nm,略大于石墨的层间距0.335nm,这 有利于Li+的嵌入与迁出,它特殊的圆筒状构型不仅可使Li+从外壁 和内壁两方面嵌入,又可防止因溶剂化Li+嵌入引起的石墨层剥离 而造成负极材料的损坏。碳纳米管掺杂石墨时可提高石墨负极的 导电性,消除极化。
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。
碳纳米管简介PPT课件
.
9
分离提纯
➢ 碳纳米管在进行结构表征、性能测试和应用之前，通常须进行分离与提纯 ➢ CVD碳纳米管，根据应用需要，有时须进行高温石墨化处理以提高其结构完整性
合成产物中，常伴有大量杂质，如无定型碳、富勒烯、金属催化剂等 常用的提纯方法 氧化法和高温热处理
直接合成的SWNT
提纯后的SWNT
.
10
应用领域
AFM image
CNT电性能测试装置（左） 电性能测试结果（右）
.
5
➢ 热性能
性能
热稳定性 真空环境可耐温至2800oC，空气中700oC 热导率 理论值6000W.(m.K)-1；实验值3000W.(m.K)-1
❖ 单根MWNT（直径14nm）的热导性测 试结果
❖ 插图为用于热导性测试的微器件，标 尺为10μm
利用纳米尺度的过渡金属或其氧化物为催化剂，在相对较低的温度 (500-1200℃)下热解碳 源气体(甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、苯和一氧化碳等)来合成碳纳米管 可生产SWNT和MWNT 成本低，收率高，可大量生产 碳纳米管的管径在很大程度上依赖于催化剂颗粒的成分和尺寸，分布较宽；较多的结晶
缺陷，石墨化程度较低，常发生弯曲和变形，管端和管壁上包有催化剂颗粒
.
15
应用前景
蜘蛛衣”的吸附力取决于与固体表面接触处 的碳纳米管数量。这种材料的外部直径只有几 到几十纳米，相当于头发丝的1/10万，因此一 片手掌大小的纤维中可容纳数十亿的碳纳米管， 由此产生的单位面积吸附力是壁虎脚的200倍。 把一双用这种材料制成、手掌面积为200平方 厘米的高粘力手套粘在屋顶上，可以同时吊起 14个重量为83公斤的壮汉。当然，要移动也很 简单，只要沿着表面稍微上下左右挪动一下， 粘结处就会一点点断开。
碳纳米管的结构PPT课件
第10页/共43页
★石墨层间化合物的功能与应用
石墨层间化合物的性质因嵌入物不同、阶数不同而不同，因而其 功能及应用是多方面的，主要可用于: 轻型高导电材料、电极材料、 新型催化剂、固体润滑剂、贮氢及同位素分离材料、防水防油剂等。
电极材料
石墨间隙化合物的电阻比石墨本身还低，在垂直方向降低了约10倍，沿石墨
碳纤维增强复合材料作结构材料, 可作飞机的尾翼或副翼, 通信卫星的天线系统和导波管、航天飞机的货舱门、燃料箱、 助推火箭的外壳。在建筑方面，可作碳纤维增强水泥地板，并 有取代钢筋的可能性。
作为非结构材料, 碳纤维复合材料可作密封材料、耐磨材料、 隔热材料、电极材料。
在原子能工程上用碳纤维－石墨复合材料作铀棒的幕墙材 料, 不仅可以防止铀棒的辐射变形, 使其对中子的吸收截面变小, 反射中子能力增强, 而且在光氧条件下能耐3000 ℃以上的高温。
碳纤维复合材料可作优质的化工容器、设备或零部件。 将碳纤维进行活化处理，得到活性碳纤维，是已知的比表 面积最大的物质之一(2500 m2·g－1)，被称为第3代活性炭，作为 新型吸附剂具有重要的应用前景。 在医学上，碳纤维增强型塑料是一种理想的人工心肺管道 材料，也可作人工关节、假第肢16、页/假共4牙3页等。
性能的优点(而一般的石墨存在润滑性能下降的缺陷)。这是由于氟化石墨的层面由C －F键构成，其表面能极小，容易滑动之故。
贮氢及同位素分离材料 钾、铷、铯等碱金属的石墨层间化合物在一定温度下能化学或物理吸附氢。如
C8K吸附氢生成C8KHx(0≤x≤2)，且离解温度及离解能低，吸附与解吸完全可逆，达 平衡的时间短，因而可作贮氢材料。更有趣的是这种吸附对氢、氖、氖有选择性， 因而可用于氢同位素分离，其H2－D2及H2－HT分离系数都高于硅酸盐系离子交换 体系。
★石墨层间化合物的功能与应用
石墨层间化合物的性质因嵌入物不同、阶数不同而不同，因而其 功能及应用是多方面的，主要可用于: 轻型高导电材料、电极材料、 新型催化剂、固体润滑剂、贮氢及同位素分离材料、防水防油剂等。
电极材料
石墨间隙化合物的电阻比石墨本身还低，在垂直方向降低了约10倍，沿石墨
碳纤维增强复合材料作结构材料, 可作飞机的尾翼或副翼, 通信卫星的天线系统和导波管、航天飞机的货舱门、燃料箱、 助推火箭的外壳。在建筑方面，可作碳纤维增强水泥地板，并 有取代钢筋的可能性。
作为非结构材料, 碳纤维复合材料可作密封材料、耐磨材料、 隔热材料、电极材料。
在原子能工程上用碳纤维－石墨复合材料作铀棒的幕墙材 料, 不仅可以防止铀棒的辐射变形, 使其对中子的吸收截面变小, 反射中子能力增强, 而且在光氧条件下能耐3000 ℃以上的高温。
碳纤维复合材料可作优质的化工容器、设备或零部件。 将碳纤维进行活化处理，得到活性碳纤维，是已知的比表 面积最大的物质之一(2500 m2·g－1)，被称为第3代活性炭，作为 新型吸附剂具有重要的应用前景。 在医学上，碳纤维增强型塑料是一种理想的人工心肺管道 材料，也可作人工关节、假第肢16、页/假共4牙3页等。
性能的优点(而一般的石墨存在润滑性能下降的缺陷)。这是由于氟化石墨的层面由C －F键构成，其表面能极小，容易滑动之故。
贮氢及同位素分离材料 钾、铷、铯等碱金属的石墨层间化合物在一定温度下能化学或物理吸附氢。如
C8K吸附氢生成C8KHx(0≤x≤2)，且离解温度及离解能低，吸附与解吸完全可逆，达 平衡的时间短，因而可作贮氢材料。更有趣的是这种吸附对氢、氖、氖有选择性， 因而可用于氢同位素分离，其H2－D2及H2－HT分离系数都高于硅酸盐系离子交换 体系。
神奇的储氢材料――碳纳米管PPT课件
目前的储氢材料都不能满足这一要求。
9
碳纳米管
Carbon nanotube （ＣＮＴ）
由于纳米材料的研究热潮的带动，以碳和 纳米碳材料进行储氢成为新的研究热点。
10
纳米材料(1—100nm)的基本效应 1、小尺寸效应（体积效应） 2、量子尺寸效应 3、宏观量子隧道效应
4、表面效应
11
• 又叫巴基管，碳的同素异形体
2
氢能
hydrogen energy
3氢能被人们称ຫໍສະໝຸດ 理想的“绿色能源”氢能的优越性
1、安全环保：氢气分子量为2，比空气轻1/14，因此氢气泄露 空气中会自动逃离地面，不会形成聚集。而其他燃油燃气均会 聚集地面而构成易燃易爆危险。无味无毒，不会造成人体中毒， 燃料产物仅为水，不污染环境。 2、高温高能：1kg氢气的热值为34000Kcal, 是汽油的三倍。氢 氧焰温度高达2800度，高于常规液体。
31
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
32
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
24
储氢量与储氢压力（温度）关系图
25
氢气释放问题：
2005年7月26日,美国NIST和Turkey's Bilkent大学发 现,钛修饰碳纳米管可以解决有效储氢的两个关键 问题:不但能够吸附足够数量的氢分子,而且可以 在加热时轻易地释放．
研究人员正在试图用碳纳米管制作轻便的可携带 式的储氢容器。
9
碳纳米管
Carbon nanotube （ＣＮＴ）
由于纳米材料的研究热潮的带动，以碳和 纳米碳材料进行储氢成为新的研究热点。
10
纳米材料(1—100nm)的基本效应 1、小尺寸效应（体积效应） 2、量子尺寸效应 3、宏观量子隧道效应
4、表面效应
11
• 又叫巴基管，碳的同素异形体
2
氢能
hydrogen energy
3氢能被人们称ຫໍສະໝຸດ 理想的“绿色能源”氢能的优越性
1、安全环保：氢气分子量为2，比空气轻1/14，因此氢气泄露 空气中会自动逃离地面，不会形成聚集。而其他燃油燃气均会 聚集地面而构成易燃易爆危险。无味无毒，不会造成人体中毒， 燃料产物仅为水，不污染环境。 2、高温高能：1kg氢气的热值为34000Kcal, 是汽油的三倍。氢 氧焰温度高达2800度，高于常规液体。
31
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
32
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
24
储氢量与储氢压力（温度）关系图
25
氢气释放问题：
2005年7月26日,美国NIST和Turkey's Bilkent大学发 现,钛修饰碳纳米管可以解决有效储氢的两个关键 问题:不但能够吸附足够数量的氢分子,而且可以 在加热时轻易地释放．
研究人员正在试图用碳纳米管制作轻便的可携带 式的储氢容器。
碳纳米管PPT课件
3. 某些硝基盐，如NO2BF4 或者NO2SbF6，它只溶解金属性CNT。所 以利用溶液法也可以分离（但该办法只适合于直径小于1.1nm的 CNT）
4. 2003年，双向电泳法出现第，23它页/是共8一1页种能捕捉到80%以上金属性CNT
碳纳米管性质简介
碳纳米管的物理性质与它的结构(如管直径、碳原子排列的螺旋度 等) 密切相关
Physical World, June, 2000,第3216-页36/共; 81S页cience 275, 1922–1925 (1997)
力学性能
• 碳纳米管还有非凡的力学性质，表现出很好的柔韧性。可以承受很大的拉伸应变。 • 碳纳米管的弹性模量在1TPa左右以上，约为钢的5倍，与金刚石的弹性模量几乎相同 • 碳纳米管的弹性应变约为5％，其断裂过程不是脆性断裂，具有一定的塑性，能承受大于40％的应变，理论
第5页/共81页
碳纳米管的发现
1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电 子显微镜专家Iijima（饭岛澄男）发现 了多壁碳纳米管（MultiWalled Carbon Nanotubes ，MWNTs），直径为4-30nm， 长度为1um。，最初称之为“Graphite tubular”。
1993年单壁碳纳米管也被发现（SingleWalled Carbon Nanotubes ，SWNTs）， 直径从0.4nm到3-4nm，长度可达几微米。
高压一氧化碳法(HiPCo)
由于碳氢化合物在 700°C下容易形 成无定型碳，给后 期分离出CNT带来 一定的困难。因为， 用CO代替H-C化合 物，用Fe(CO)5做 催化剂的反应就诞 生了
2CO Fe(CO)5,high_ pressure,1100C CO2 C(CNT )
4. 2003年，双向电泳法出现第，23它页/是共8一1页种能捕捉到80%以上金属性CNT
碳纳米管性质简介
碳纳米管的物理性质与它的结构(如管直径、碳原子排列的螺旋度 等) 密切相关
Physical World, June, 2000,第3216-页36/共; 81S页cience 275, 1922–1925 (1997)
力学性能
• 碳纳米管还有非凡的力学性质，表现出很好的柔韧性。可以承受很大的拉伸应变。 • 碳纳米管的弹性模量在1TPa左右以上，约为钢的5倍，与金刚石的弹性模量几乎相同 • 碳纳米管的弹性应变约为5％，其断裂过程不是脆性断裂，具有一定的塑性，能承受大于40％的应变，理论
第5页/共81页
碳纳米管的发现
1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电 子显微镜专家Iijima（饭岛澄男）发现 了多壁碳纳米管（MultiWalled Carbon Nanotubes ，MWNTs），直径为4-30nm， 长度为1um。，最初称之为“Graphite tubular”。
1993年单壁碳纳米管也被发现（SingleWalled Carbon Nanotubes ，SWNTs）， 直径从0.4nm到3-4nm，长度可达几微米。
高压一氧化碳法(HiPCo)
由于碳氢化合物在 700°C下容易形 成无定型碳，给后 期分离出CNT带来 一定的困难。因为， 用CO代替H-C化合 物，用Fe(CO)5做 催化剂的反应就诞 生了
2CO Fe(CO)5,high_ pressure,1100C CO2 C(CNT )
切割碳纳米管法制备石墨烯ppt实用资料
断体裂，其， 从工碳 而作实原原现子理刻与是蚀氧用的原利目子用的反氧。应等生离成子氧体化轰碳击（石C墨O烯），和使二石氧墨化烯碳中（的CO碳2-）碳气键 这这其切这切这切这切其另其这切另另其切其其其这切这切这个个中割个割个割个割中外中个割外外中割中中中个割个割个方 方 一 碳 方 碳 方 碳 方 碳 一 一 一 方 碳 一 一 一 碳 一 一 一 方 碳 方 碳 方法法种纳法纳法纳法纳种种种法纳种种种纳种种种法纳法纳法是是方米是米是米是米方方方是米方方方米方方方是米是米是用用法管用管用管用管法法法用管法法法管法法法用管用管用强强用也强也强也强也用使用强也使使用也用用用强也强也强氧氧过是氧是氧是氧是过用过氧是用用过是过过过氧是氧是氧化化锰制化制化制化制锰等锰化制等等锰制锰锰锰化制化制化的的酸造的造的造的造酸离酸的造离离酸造酸酸酸的造的造的高高钾石高石高石高石钾子钾高石子子钾石钾钾钾高石高石高锰锰和墨锰墨锰墨锰墨和体和锰墨体体和墨和和和锰墨锰墨锰酸酸硫烯酸烯酸烯酸烯硫刻硫酸烯刻刻硫烯硫硫硫酸烯酸烯酸钾钾酸带钾带钾带钾带酸蚀酸钾带蚀蚀酸带酸酸酸钾带钾带钾和和切的和的和的和的切（切和的（（切的切切切和的和的和硫硫开正硫正硫正硫正开开硫正开正开开开硫正硫正硫ppplllaaa酸酸在在酸在酸在酸在在在酸在在在在在在酸在酸在酸sssmmm的的溶试的试的试的试溶溶的试溶试溶溶溶的试的试的aaa混混液验混验混验混验液液混验液验液液液混验混验混eee合合中中合中合中合中中中合中中中中中中合中合中合tttccchhh溶溶的的溶的溶的溶的的的溶的的的的的的溶的溶的溶iiinnn液液多方液方液方液方多多液方多方多多多液方液方液ggg））），，层法，法，法，法层层，法层法层层层，法，法，一一一沿沿壁。沿。沿。沿。壁壁沿。壁。壁壁壁沿。沿。沿部部部轴轴碳轴轴轴碳碳轴碳碳碳碳轴轴轴分分分向向纳向向向纳纳向纳纳纳纳向向向嵌嵌嵌打打米打打打米米打米米米米打打打入入入开开管开开开管管开管管管管开开开于于于纳纳（纳纳纳（（纳（（（（纳纳纳聚聚聚米米米米米米米米米MMMMMMM合合合uuuuuuu管管管管管管管管管lllllllttttttt物物物iiiiiii。。。。。。。。。-------wwwwwww的的的aaaaaaalllllll纳纳纳llllllleeeeeeeddddddd米米米ccccccc管管管aaaaaaarrrrrrr。。。bbbbbbbooooooonnnnnnn