石墨烯与高效能纳米复合材料PPT
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石墨烯增强镁基复合材料PPT课件
/AZ91复合材料）
采用相同的工艺制备 AZ91镁合金、GNZ /AZ91复合粉及复合
材料
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一、性能测试结果
由表看出， MGO (氧化石墨烯)/AZ91复合材料的屈服强度、抗拉强度、 伸长率和显微硬度最大，分别为224.85MPa ， 268.89MPa ， 伸长率 8.15%、显微硬度70.14，比不添加石墨烯的AZ91镁合金的分 别 提 高 了 39.7％ ， 21.6％ ， 35.4％ ， 31.8％，与GNS（石墨烯纳米片） /AZ91复合材料（添加石墨烯纳米片的AZ91镁合金）相比，其性能也 是比较优越。
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• AZ91 镁合金及其复合材料的拉伸断口形貌和 EDS 谱
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结论：氧化石墨烯增强 AZ91 镁基复合材料的屈服强度、伸长率和显微硬度分 别为 224.85 MPa ，8.15%和70.14HV ，比 AZ91镁合金基体的分别提高了 39.7% ， 35.4%和31.8%；而以石墨烯纳米片为增强相时复合材料的屈服强度、 伸长率和显微硬度分别为191.86 MPa ， 6.72％和60.42HV ，比基体的仅提高 了 18.7％ ， 9.9％ 和 13.5％ ；氧化石墨烯上的含氧官能团与镁合金基体发生 界面反应生成了MgO，有利于提高石墨烯与镁合金基体的界面结合强度。 通过以上两组实验对比，氧化石墨烯增强镁基复合材料无论在屈服强度抗拉 强度，伸长率以及硬度上都是最好的。
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• 镁基复合材料研究现状概要
青海大学的韩丽等采用溶胶-凝胶法制备了CuO 涂覆 Mg2B2O5 晶须增强镁 基复合材料并对其界面结构进行了研究，发现CuO 涂覆可以改善界面处的结合强 度，材料的抗拉强度和断后伸长率相较于未涂覆前分别提高了 37.6%和 35.7%。 李坤等也采用溶胶-凝胶法在碳纤维表面制备出了均匀且无裂纹的 SiO2 涂层，进 而制备得到了SiO2涂覆碳纤维增强镁基复合材料，分析发现虽然复合材料的极限 拉伸强度值只有 527MPa，远远偏离了理论值，但是碳纤维表面的 SiO2 涂层可 明显促进液态镁对碳纤维的润湿。通过液态超声结合固态搅拌的方法成功制备出 了块体石墨烯颗粒增强镁基复合材料，石墨烯在基体中分布均匀，复合材料的性 能强化明显，1.2%石墨烯复合材料的显微硬度可达 66kg/mm2，比相同工艺条件 下纯镁的性能提升了78%。
采用相同的工艺制备 AZ91镁合金、GNZ /AZ91复合粉及复合
材料
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一、性能测试结果
由表看出， MGO (氧化石墨烯)/AZ91复合材料的屈服强度、抗拉强度、 伸长率和显微硬度最大，分别为224.85MPa ， 268.89MPa ， 伸长率 8.15%、显微硬度70.14，比不添加石墨烯的AZ91镁合金的分 别 提 高 了 39.7％ ， 21.6％ ， 35.4％ ， 31.8％，与GNS（石墨烯纳米片） /AZ91复合材料（添加石墨烯纳米片的AZ91镁合金）相比，其性能也 是比较优越。
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• AZ91 镁合金及其复合材料的拉伸断口形貌和 EDS 谱
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结论：氧化石墨烯增强 AZ91 镁基复合材料的屈服强度、伸长率和显微硬度分 别为 224.85 MPa ，8.15%和70.14HV ，比 AZ91镁合金基体的分别提高了 39.7% ， 35.4%和31.8%；而以石墨烯纳米片为增强相时复合材料的屈服强度、 伸长率和显微硬度分别为191.86 MPa ， 6.72％和60.42HV ，比基体的仅提高 了 18.7％ ， 9.9％ 和 13.5％ ；氧化石墨烯上的含氧官能团与镁合金基体发生 界面反应生成了MgO，有利于提高石墨烯与镁合金基体的界面结合强度。 通过以上两组实验对比，氧化石墨烯增强镁基复合材料无论在屈服强度抗拉 强度，伸长率以及硬度上都是最好的。
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• 镁基复合材料研究现状概要
青海大学的韩丽等采用溶胶-凝胶法制备了CuO 涂覆 Mg2B2O5 晶须增强镁 基复合材料并对其界面结构进行了研究，发现CuO 涂覆可以改善界面处的结合强 度，材料的抗拉强度和断后伸长率相较于未涂覆前分别提高了 37.6%和 35.7%。 李坤等也采用溶胶-凝胶法在碳纤维表面制备出了均匀且无裂纹的 SiO2 涂层，进 而制备得到了SiO2涂覆碳纤维增强镁基复合材料，分析发现虽然复合材料的极限 拉伸强度值只有 527MPa，远远偏离了理论值，但是碳纤维表面的 SiO2 涂层可 明显促进液态镁对碳纤维的润湿。通过液态超声结合固态搅拌的方法成功制备出 了块体石墨烯颗粒增强镁基复合材料，石墨烯在基体中分布均匀，复合材料的性 能强化明显，1.2%石墨烯复合材料的显微硬度可达 66kg/mm2，比相同工艺条件 下纯镁的性能提升了78%。
《纳米复合材料》PPT课件
复合材料的组成
基体
Matrix
增强体
Reinforcement
界面 Interface
复合材料分类
1.复合材料按用途 结构纳米复合材料，功能纳米复合材料，智能纳米复 合材料。
2.按基体类型分为 高分子基复合材料RMC（Ploymer Matrix Composite） 金属基复合材料MMC （Metal Matrix Composite） 陶瓷基复合材料CMC （Ceramic Matrix Composite） 3.按增强体的形态与排布方式 颗粒增强复合材料、连续纤维增强复合材料、短纤维或晶 须增强纤维；晶片增强复合材料
晶须增强铝基纳米复合材料的疲劳性能是与晶须增 强纳米复合材料疲劳裂纹的形成和扩展有关。
在晶须增强纳米复合材料中，疲劳裂纹在晶须的端部或 在与基体的界面处形成，当 SiCw分布不均匀时，在SiCw 密集处或是基体中的一些显能力上有显著的差别，因 而在疲劳过程中其界面将产生较大的内应力，就可能导致 界面开裂。
它们与纳米级第二相的界面粘结形式主要有两种：机械粘 结和化学粘结。
（1）陶瓷基纳米复合材料
强的界面粘结往往导致脆性破坏。在断裂过程中，强的界 面结合不产生额外的能量消耗。 当界面结合较弱时，基体中的裂纹扩展至晶须、纤维等处 时，将导致界面脱粘，其后发生裂纹偏转、裂纹搭桥、晶 须及纤维断裂，以致最后拔出。所有这些过程都要吸收能 量，从而提高陶瓷的断裂韧性。
（1）高强度、高韧性
陶瓷基纳米复合材料，特别是氧化物系陶瓷基纳米复合材料力学 性能的明显改善大致可归结如下： (1)纳米级弥散相抑制了氧化物基体晶粒生长和减轻了晶粒的异常长大， 起到细晶强化作用。 (2)在弥散相内或弥散相周围存在高的局部应力，这种应力是基体和弥 散相之间热膨胀失配而产生的，使冷却期间产生位错。纳米级粒子钉 扎或进入位错区使基体晶粒内形成亚晶界，使基体晶粒再细化而起增 强作用。 (3)纳米级粒子周围的局部拉伸应力引起穿晶断裂，并由于硬粒子对裂 纹尖端的反射作用而产生韧化。破坏模式从穿晶和晶间到单纯晶间断 裂，晶界相(通常约10％体积的无定形相)的改变和对高温力学性能影 响的减小，使高温力学性能获得明显改善。 (4)纳米级粒子在高温牵制位错运动，从而也能使高温力学性能获得明 显改善。
高分子纳米复合材料课件.ppt
最重要的是界面组元。界面组元具有以下两个特点：首先是原
子密度相对较低，其次是邻近原子配位数有变化。因为界面在
纳米结构材料中所占的比例较高，以至于对材料性能产生较大
影响。
高分子纳米复合材料课件
五、纳米复合材料（nanocomposites）
1、纳米复合材料的分类
复合材料的复合方式可以分为四大类：
①、0-0型复合
利用宏观量子隧道效应，可以解释纳米镍粒子在低温下继续 保持超顺磁性的现象。这种纳米颗粒的宏观量子隧道效应和量子 尺寸效应，将会是未来微电子器件发展的基础，它们确定了微电 子器件进一步微型化的极限。
高分子纳米复合材料课件
三、纳米材料的制备方法
可分为物理法和化学法两大类。 1、物理方法 ①、真空冷凝法
例如，纳米颗粒具有高的光学非线性及特异的催化性能均属 此列。
高分子纳米复合材料课件
4、宏观量子隧道效应 微观粒子（电子、原子）具有穿越势垒的能力称之为隧道效
应。一些宏观的物理量，如纳米颗粒的磁化强度、量子相干器件 中的磁通量以及电荷等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统 的势垒而产生性能变化，称为宏观量子隧道效应。
第一节 高分子纳米复合材料概述
一、纳米材料与纳米技术
1、纳米材料 是以纳米结构为基础的材料，或者以纳米结构为基本单元构
成的复合材料。 ①、纳米结构
以具有纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造 的一种新结构体系，称为纳高分米子纳结米构复合体材料系课件。
②、纳米材料 纳米材料是在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范 围的物质，或者由它们作为基本单元构成的复合材料。 从微观角度分类，纳米材料大致有以下两类：
衡合金固态分解、溶胶-凝胶法、气相沉积法、快速凝固法、晶晶 化法、深度塑性变形法等。
石墨烯纳米材料PPT课件
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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
END
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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）
三、石墨烯的表征——拉曼光谱（Raman）
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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）
石墨烯科普PPT课件
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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
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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
石墨烯复合材料PPT课件
表面自带的亲水性基 团使得GO具有亲水性。 而亲水性不能使有机 溶剂渗入GO片层之间 的空隙，如要分散， 必须要表面改性。
亲水性 亲油性
氧化石墨烯的化学还原
氧化石墨烯还 原与否的矛盾
不还原导电 能力差
还原导致不 可逆凝聚
矛盾调和方法： 利用两性水溶性聚合物——聚对苯 乙烯磺酸钠（PSS）存在的情况下， 还原出稳定的石墨烯纳米片层的水
极强的力学性能：拉伸模量， 极限强度116GPa
2 1
优良的导电性，室 温下载流子迁移率 是硅的100倍
极薄极轻，厚 度为，比表面 积为2630m2/g
石墨烯的 优点
3
4
导热率为3000-
5000W/mK，与碳纳
米管相当
制备方法： • 机械剥离法
• 通过机械力从石墨晶体表面剥离石 墨烯片层
• 加热SiC法 • 加热单晶SiC脱除Si，在单晶（0001） 面上分解出石墨烯片层
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石墨烯与诺贝尔奖
• 时间：2004年 • 地点：英国Manchester大学 • 研究员：康斯坦丁·诺沃肖洛夫（左）；安德烈·海姆 • 方法：Micromechanical Cleavage（微机械剥离）
石墨烯的结构
• 完美的石墨烯是二维的，由六角元胞构成。 • 是碳纳米管和富勒烯的基本单元
优良的增强体
相分散液。 右图是天然石墨，GO以及还原后 的GO的导电性能。
氧化石墨烯复合材料
• 常用聚合物基体：聚苯乙烯，聚苯胺等。
• 直接插层法
• 利用溶剂的作用或通过机械剪切等物理作用将聚合物分子插入具有 片层结构的GO，形成纳米聚合材料。
• 聚合插层法
• 预混合后加入引发剂引发聚合，热处理得到复合材料。
石墨烯结构图(共28张PPT)
•
尽管特斯拉实现这种高性能石墨烯电池的量产，可能
需要数年的时间，但是只要能够做出高性能石墨烯电池，那
么电动汽车就没有什么值得挑剔的了。这也意味着，电动汽
车离成为主流又更近了一步。
石墨烯时代
•
任正非在接受媒体采访时声称，未来10至20
年内会爆发一场技术革命，“我认为这个时代将来最
大的颠覆，是石墨烯时代颠覆硅时代〞，“现在芯片
的Model S电动汽车一次充电可以行驶265英里。然而，该公司
的CEO伊隆·马斯克上个月在接受媒体采访时表示，“一次充电
行驶500英里也是有可能的，而且我们很快就能做到这一点。
〞
•
特斯拉可能很快就会推出一次充电即可行驶500英里
的电动汽车，因为高性能石墨烯电池的研发取得了不错的进
展，而这种电池的输出密度是锂离子电池的四倍。
的开展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不 ④石墨烯的发现，之所以意义重大，是因为它创造了诸多“纪录〞。
任正非在接受媒体采访时声称，未来10至20年内会爆发一场技术革命，“我认为这个时代将来最大的颠覆，是石墨烯时代颠覆硅时代〞，“现在芯
远了。因此，两人在2021年获得诺贝尔物理学奖。 片有极限宽度，硅的极限是七纳米，已经临近边界了，石墨是技术革命前沿〞。
研究历史
①想在一秒钟内下载一部高清电影吗？石墨烯调制器的问世或许能让这个愿望得以实现。 这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的开展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。 ⑥让材料学家更为惊喜的是，石墨烯几乎完全透光，透光率在97%以上。 同时，石墨烯太阳能技术的光电转换效率高达60%，是现有多晶硅太阳能技术的2倍，这使太阳能产业的升级成为可能。 根据美国环保局公布的信息，我们知道特斯拉广受好评的Model S电动汽车一次充电可以行驶265英里。
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。
纳米复合材料 ppt课件
• 0-0复合：不同成分的不同相或不同种类的纳米粒子 复合而成的纳米复合材料。纳米粒子可以是金属与 金属、陶瓷与高分子、金属与高分子、陶瓷与陶瓷 、陶瓷与高分子等构成。
纳米TiN和纳米AlN复合制备的超硬材料，HRA达到91
2020/11/29
9
• 0-2复合：把纳米粒子分散到二维的薄膜材料中得到 的纳米复合薄膜材料。
• 零维在空间三继尺度均在纳米尺 度，如纳米颗粒、原子团簇等；
• 一维在三继空间有两维处于纳米 尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米 管等；
• 二维在三维空间中有一维在纳米 尺度，如超薄膜、多层膜、超晶 格等。
2020/11/29
0维纳米Au颗粒
1维纳米Au线
6
• 纳米复合材料(Nano-composites)是由两种或两种以 上的固相至少在一维以纳米级大小(1~100nm)复合 而成的复合材料。
15
无机纳米复合材料制备 高能球磨法
• 将两种或两种以上无机粉末放入球磨机中，利用球 磨机的转动或振动，使硬球对原料进行强烈的撞击 、研磨和搅拌，粉末颗粒经压延，压合，碾碎，再 压合的反复过程，获得纳米复合粉末，烧结后得到 纳米复合材料。
2020/11/29 行星式高能球磨机
不锈钢磨球
16
• 高能球磨能合成两相或多相不相溶的均匀混合合金， 如 Cu-Fe、Cu-Cr、Cu-W等材料，还可用于制备 TiAl、NiAl等金属间化合物和超硬合金等。
复合材料
Composite Materials
纳米复合材料
Nano-Composite Materials
2020/11/29
2
主要内容
➢纳米复合材料的定义 ➢纳米复合材料的分类 ➢纳米复合材料的制备 ➢纳米复合材料的应用
纳米TiN和纳米AlN复合制备的超硬材料，HRA达到91
2020/11/29
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• 0-2复合：把纳米粒子分散到二维的薄膜材料中得到 的纳米复合薄膜材料。
• 零维在空间三继尺度均在纳米尺 度，如纳米颗粒、原子团簇等；
• 一维在三继空间有两维处于纳米 尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米 管等；
• 二维在三维空间中有一维在纳米 尺度，如超薄膜、多层膜、超晶 格等。
2020/11/29
0维纳米Au颗粒
1维纳米Au线
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• 纳米复合材料(Nano-composites)是由两种或两种以 上的固相至少在一维以纳米级大小(1~100nm)复合 而成的复合材料。
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无机纳米复合材料制备 高能球磨法
• 将两种或两种以上无机粉末放入球磨机中，利用球 磨机的转动或振动，使硬球对原料进行强烈的撞击 、研磨和搅拌，粉末颗粒经压延，压合，碾碎，再 压合的反复过程，获得纳米复合粉末，烧结后得到 纳米复合材料。
2020/11/29 行星式高能球磨机
不锈钢磨球
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• 高能球磨能合成两相或多相不相溶的均匀混合合金， 如 Cu-Fe、Cu-Cr、Cu-W等材料，还可用于制备 TiAl、NiAl等金属间化合物和超硬合金等。
复合材料
Composite Materials
纳米复合材料
Nano-Composite Materials
2020/11/29
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主要内容
➢纳米复合材料的定义 ➢纳米复合材料的分类 ➢纳米复合材料的制备 ➢纳米复合材料的应用
石墨烯的研究课件
石墨烯的研究
❖ 石墨烯被寄予厚望的应用实例之一是转换效 率非常高的新一代太阳能电池。展望其今后 的应用领域，首先是透明导电膜领域，其次 是中间电极等领域
石墨烯的研究
❖ 在一般情况下要确保大范围波长领域的透明性，载 流子的密度越低越好。不过，由于导电率与载流子 迁移率和载流子密度的乘积成比例，因此如果载流 子迁移率不是很高，那么较小的载流子密度也就意 味着导电率较小。其典型示例就是玻璃这种绝缘体。 无论多透明，只要电流不能通过，就没有任何意义。
石墨烯的研究
三、对石墨烯在太阳能上应用前景的 分析与研究方向设想
❖ 两个应用方向：将石墨烯作为新一代太阳能 电池的主体材料（即产生光伏效应的材料 料）；将石墨烯作为现有光伏材料的透明电 极，利用它的高透光性和高电导率特性。
❖ 第一步制造石墨烯，第二步形成石墨烯pn结， 石墨烯本身不存在内建电场，要改变石墨烯 中部分的费米面高度，从而固件出能带弯曲， 形成内建电场。掺杂是很好的手段。
石墨烯的研究
❖ 5、石墨烯的热载流子效应 石墨烯可以对光产生不同寻常的反应，在室 温和普通光照射下，就可以发生热载流子效 应，产生电流。当光照在石墨烯上时，可以 产生两个具有不同电气特性区域，进而出现 温差，产生电流。石墨烯在激光照射加热不 一致时，携带电流的电子被加热，而晶格中 的碳原子核保持第二年。正是由于石墨烯的 光电反应现象更为丰富。
❖ 美国两组科学家用圆柱状的碳纳米管制造出 几十纳米宽的石墨烯带。
❖ 石墨烯导电性好，纤薄，透明，坚硬，非常 适用于显示屏和太阳能电池板。
❖ 带状石墨烯的用处更大，在10纳米左右的宽 度上，电子被迫纵向移动，使石墨烯可以像 半导体一样起作用。
石墨烯的研究
❖ 从半导体工业借鉴过来的刻蚀技术切开纳米 管，再将纳米管粘附到一个聚合物薄膜上， 接着使用经过电离的氩气来刻蚀每个纳米管 的每个条带，得到的石墨烯带的宽度仅为1020nm，具有导电性能，因此在电子工业将有 广泛的应用，他们用石墨烯已经制造出了基 本的晶体管。
❖ 石墨烯被寄予厚望的应用实例之一是转换效 率非常高的新一代太阳能电池。展望其今后 的应用领域，首先是透明导电膜领域，其次 是中间电极等领域
石墨烯的研究
❖ 在一般情况下要确保大范围波长领域的透明性，载 流子的密度越低越好。不过，由于导电率与载流子 迁移率和载流子密度的乘积成比例，因此如果载流 子迁移率不是很高，那么较小的载流子密度也就意 味着导电率较小。其典型示例就是玻璃这种绝缘体。 无论多透明，只要电流不能通过，就没有任何意义。
石墨烯的研究
三、对石墨烯在太阳能上应用前景的 分析与研究方向设想
❖ 两个应用方向：将石墨烯作为新一代太阳能 电池的主体材料（即产生光伏效应的材料 料）；将石墨烯作为现有光伏材料的透明电 极，利用它的高透光性和高电导率特性。
❖ 第一步制造石墨烯，第二步形成石墨烯pn结， 石墨烯本身不存在内建电场，要改变石墨烯 中部分的费米面高度，从而固件出能带弯曲， 形成内建电场。掺杂是很好的手段。
石墨烯的研究
❖ 5、石墨烯的热载流子效应 石墨烯可以对光产生不同寻常的反应，在室 温和普通光照射下，就可以发生热载流子效 应，产生电流。当光照在石墨烯上时，可以 产生两个具有不同电气特性区域，进而出现 温差，产生电流。石墨烯在激光照射加热不 一致时，携带电流的电子被加热，而晶格中 的碳原子核保持第二年。正是由于石墨烯的 光电反应现象更为丰富。
❖ 美国两组科学家用圆柱状的碳纳米管制造出 几十纳米宽的石墨烯带。
❖ 石墨烯导电性好，纤薄，透明，坚硬，非常 适用于显示屏和太阳能电池板。
❖ 带状石墨烯的用处更大，在10纳米左右的宽 度上，电子被迫纵向移动，使石墨烯可以像 半导体一样起作用。
石墨烯的研究
❖ 从半导体工业借鉴过来的刻蚀技术切开纳米 管，再将纳米管粘附到一个聚合物薄膜上， 接着使用经过电离的氩气来刻蚀每个纳米管 的每个条带，得到的石墨烯带的宽度仅为1020nm，具有导电性能，因此在电子工业将有 广泛的应用，他们用石墨烯已经制造出了基 本的晶体管。
环境材料-石墨烯-PPT模版
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石墨烯利用前景
Other Uses
涂料
海水淡化 抗菌效用 多孔材料 物理研究
石墨烯基涂料可用于导电油墨，抗静电，电磁 干扰屏蔽，和气体阻隔的应用 石墨烯过滤器远优于其它海水淡化技术，与水分 子分解发电技术结合，水、电可成为廉价产品 石墨烯氧化物对于抑制大肠杆菌的生长超级有效， 而且不会伤害到人体细胞
当石墨烯被释放到地表水中时，它 的硬度会增大，吸附的的有机材料 也更少，它很快就会变得不稳定， 既不能发生沉淀，也不能随水的流 动而被带走。
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【参考文献】
The Rise of Graphene. A K Geim & K S Novoselov. Nature Materials 6, 183-191 (2007) A Road Map for Graphene. K S Novoselov et al. Nature 490, 192200 (2012) The Transportation and Stability of Graphene Oxide Nanoparticles in Ground Water and Surface nphere. Environmental Engineering Science,2014
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石墨烯制备及产业化
机械分离 机械分离（Mechanical exfoliation）：最普通的是微机械分离法，直接将石墨烯薄片 从较大的晶体上剪裁下来，如用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦， 体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。产 率低、仅供实验研究。 氧化还原法 氧化还原（Oxidation-reduction）：将天然石墨与强酸和强氧化性物质反应生成氧化 石墨(GO)，经过超声分散制备成氧化石墨烯(单层氧化石墨)，然后加入还原剂去除氧 化石墨表面的含氧基团，如羧基、环氧基和羟基，得到石墨烯。宏量制备产生废液污 染、石墨烯品质不高存在缺陷。 取向附生法 取向附生（Epitaxy）：让碳原子在 1150 ℃下渗入钌，然后冷却到850℃，之前吸收 的大量碳原子就会“浮”到钌表面，镜片形状的单层碳原子“ 孤岛” 布满整个基质表面， 最终生长成完整的一层石墨烯。成本高、厚度不均匀。
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。
ppt-纳米增强复合材料的技术与应用
纳米增强复合材料的技术与应用
主要参考文献（全部文献见另一文件夹）：
1.王洪磊.碳纳米管增强复合材料的研究进展.材料导报，2008 ，TB323.
2.王宝民.纳米碳纤维增强水泥基复合材料的探讨.材料导报A，2013，Ｔ Ｑ１２７.
3.张淮.纳米碳管与纳米碳纤维的制备及表征[硕士论文].浙江大学，2006.
纳米增强复合材料的技术与应用
四、纳米颗（微）粒：
1、纳米微粒包括： 目前为止, 所采用的纳米颗粒增强相的类型很 多, 主要包括氧化物、碳化物、硼化物和氮化物等。 2、（实例）纳米氧化锆增强铜基复合材料 ： 制备方法：粉末冶金法。 增强效果： 经分析研究表明, 当氧化锆含量为7% 、压制压 力为600MPa 时, CuPZrO2 铜基复合材料具有最 佳的综合物理力学性能, 抗拉强度达到395MPa, , 提高铜基复合材料的强度和耐热性。参考文献见末 页【5】
纳米增强复合材料的技术与应用
3、石墨烯的制备方法：
微机械剥离法、化学气相沉积法 、氧化 还原法。其中氧化还原法是目前为止制备石墨烯 和 氧化石墨烯最常用的方法。 4、石墨烯增强环氧树脂复合材料： 复合材料合成方法： 见末页参考文献【4】中的1.5节。 石墨烯增强效果： 石墨烯增强环氧树脂复合材料的拉伸强度达最大 值，其拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率分别较纯 环氧树脂增加。详细的力学性能结果可参考文献【4】 中2.4节。
纳米增强复合材料的技术与应用
3、碳纳米管金属基复合材料： 复合方法: 快速凝固法、粉末冶金法、熔铸法、搅拌铸造法、 热压法、电沉积法、化学共沉积法和原位合成法。 提高金属性能： 强度、硬度、耐摩擦、磨损性能以及热稳定性。 实例： 以铝为金属基，通过冷压成型和真空热压处理制 备了CNTs／Al（碳纳米管铝基）复合材料。当热压 温度为380℃时，制备的复合材料的硬度可达到 2．21GPa，是纯铝的15倍左右，比同样温度热压 出的铝块的硬度高36．4％。 注：碳纳米管陶瓷基复合材料、碳纳米管聚合物基复 合材料的相关内容见末页参考文献【1】
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01
石墨烯碳晶技术
石墨烯是从石墨材料中剥离 出来、由碳原子组成的只有一层 碳原子厚度的二 维晶体材料。 2004年，英国曼彻斯特大学物理 学家安德烈 盖姆和康斯坦丁 诺 沃肖洛夫，成功从石墨中分离出 石墨烯，证实它可以单独存在。
石墨烯既是最薄的材料，也 是最强韧的材料，断裂强度比最 好的钢材还要高二百倍。它又有 很好的弹性，拉伸幅度能达到自 身尺寸的百分之二十，是自然界 最薄、强度最高的材料。
光触媒抗菌运作原理
光触媒经光照，原料中二氧化钛的电子便会 从价电子带 跃迁至传导带并脱离，光触媒表面流 失（e-）形成电子电洞（h+）。当水 接触到光触 媒表面时，会解离成氢氧离子（OH-）和氢离子 （H+）。氢离子和与带负极的电子结合产生氢自 由基（‧ H），带正极的电洞与氢氧离子结合而产 生氢氧自由基（‧ OH），当有机物质接触到光触 媒表面时，便会和氢自由基及氢氧自由基结合。 自由基会从其他的有机物抢走电子，而被抢走电 子的有机物会因为失去键结能力 而降解成为更小
恩德医疗用的新型高效能纳米 复合材料具有十分突出的生化性质： 极高的化学稳定性、热稳定性、超 亲水性、非迁移性。在化妆品、医 学、穿戴、织物领域都具很好的发 展前景。亦可应用于水质净化、空 气净化、涂料、油墨、航天工业中。
新型纳米复合材料实现高效抗菌能力
「纳米科技」与「光触媒科技」的结合，是 21世纪的最绿色技术。纳米银产品在抑菌、抗病 毒、除臭、清洁、空气净化等都有优异的功能， 可以广泛应用在生活上的各种民生用品上。单纯 有纳米银在要做到应有的䇅能，需要较高的浓度， 但是结合「触媒技术」就可能大降低浓度，大大 提高其效能。
碳质子
碳原子
碳中子
石墨烯柔性理疗电热膜通电后发
热的原理在物理中叫做“布朗运动”。 是由于石墨烯当中的碳原子在电
子通过后产生不规则的轨迹运动，运 动过程中原子之间的撞击摩 擦产生热 能。它不同于传统金属电热丝发热的 电阻发热模式，其发热温度非常稳定
石墨烯柔性理疗电热膜具有远红 外热辐射特性，可用于理疗保健：电 热服装、电热护腰、电热眼罩等护理 系列，岩盘浴、汗蒸房、高温瑜伽等。 随着电热膜技术的进步和应用研究的 深入，治疗性电热膜的开发应用也将 在不久会进入产业化生产阶段。
「触媒技术」是指可以引发化学反应的固体， 俗称催化剂，它的作用是改变反应速率，提供新 的反应途径，降低活化能，而本身在反应前后并 不会改变。新型纳米复合材料就是这种「纳米银」 与「光触媒二氧化钛」相结合的崭新材料」。二 氧化钛(TiO 2 )因氧化还原能力强、化学安定性佳、 无毒无色无害、效果长久、便宜易取得、环保等 优点，自1972年发现至今，已成为最近当红的纳 米光触媒家电、口罩等民生用品的最爱。
吸收有 害气体
无刺激 性
TiO2
抗紫外 线
安全
自清洁
稳定
透明
耐热
的分子、二氧化碳、水。 因为病原体多半是碳水化合有机物质，光
触媒可以分解它们成为无害的水、二氧化碳，因 此达到除污及灭菌的目标。光触媒亦能有效分解 气味分子，达到洁净室内空气的效果。近十年来 在日本，光触媒已被广泛应用于居家环境和医疗 院所中，甚至加工到各类产品成为除污、除臭、 抑菌的最新方案。
抗菌 光催化
电磁波
不可见光线
可见光线
不可见光线
射线 x射线 紫外线
单位：微米 0.2
0.4
红外线 微波 无线电波
0.76
1000
7~16um生命光线
近红外线 中红外线
0.75
1.5
4.0
远红外线
1000
生命之光7.01源自.002高效能纳米复合材料技术
公司研发的新型高效能纳米复 合材料，兼具纳米银直接灭菌效果 和纳米二氧代钛的光催化杀菌效果， 产品外观为粘稠状混合液。具有抗 紫外线、抗菌、自洁净、抗老化性 能，可用于化妆品、功能纤维、塑 料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷 等领域 。
石墨烯碳晶技术
石墨烯是从石墨材料中剥离 出来、由碳原子组成的只有一层 碳原子厚度的二 维晶体材料。 2004年，英国曼彻斯特大学物理 学家安德烈 盖姆和康斯坦丁 诺 沃肖洛夫，成功从石墨中分离出 石墨烯，证实它可以单独存在。
石墨烯既是最薄的材料，也 是最强韧的材料，断裂强度比最 好的钢材还要高二百倍。它又有 很好的弹性，拉伸幅度能达到自 身尺寸的百分之二十，是自然界 最薄、强度最高的材料。
光触媒抗菌运作原理
光触媒经光照，原料中二氧化钛的电子便会 从价电子带 跃迁至传导带并脱离，光触媒表面流 失（e-）形成电子电洞（h+）。当水 接触到光触 媒表面时，会解离成氢氧离子（OH-）和氢离子 （H+）。氢离子和与带负极的电子结合产生氢自 由基（‧ H），带正极的电洞与氢氧离子结合而产 生氢氧自由基（‧ OH），当有机物质接触到光触 媒表面时，便会和氢自由基及氢氧自由基结合。 自由基会从其他的有机物抢走电子，而被抢走电 子的有机物会因为失去键结能力 而降解成为更小
恩德医疗用的新型高效能纳米 复合材料具有十分突出的生化性质： 极高的化学稳定性、热稳定性、超 亲水性、非迁移性。在化妆品、医 学、穿戴、织物领域都具很好的发 展前景。亦可应用于水质净化、空 气净化、涂料、油墨、航天工业中。
新型纳米复合材料实现高效抗菌能力
「纳米科技」与「光触媒科技」的结合，是 21世纪的最绿色技术。纳米银产品在抑菌、抗病 毒、除臭、清洁、空气净化等都有优异的功能， 可以广泛应用在生活上的各种民生用品上。单纯 有纳米银在要做到应有的䇅能，需要较高的浓度， 但是结合「触媒技术」就可能大降低浓度，大大 提高其效能。
碳质子
碳原子
碳中子
石墨烯柔性理疗电热膜通电后发
热的原理在物理中叫做“布朗运动”。 是由于石墨烯当中的碳原子在电
子通过后产生不规则的轨迹运动，运 动过程中原子之间的撞击摩 擦产生热 能。它不同于传统金属电热丝发热的 电阻发热模式，其发热温度非常稳定
石墨烯柔性理疗电热膜具有远红 外热辐射特性，可用于理疗保健：电 热服装、电热护腰、电热眼罩等护理 系列，岩盘浴、汗蒸房、高温瑜伽等。 随着电热膜技术的进步和应用研究的 深入，治疗性电热膜的开发应用也将 在不久会进入产业化生产阶段。
「触媒技术」是指可以引发化学反应的固体， 俗称催化剂，它的作用是改变反应速率，提供新 的反应途径，降低活化能，而本身在反应前后并 不会改变。新型纳米复合材料就是这种「纳米银」 与「光触媒二氧化钛」相结合的崭新材料」。二 氧化钛(TiO 2 )因氧化还原能力强、化学安定性佳、 无毒无色无害、效果长久、便宜易取得、环保等 优点，自1972年发现至今，已成为最近当红的纳 米光触媒家电、口罩等民生用品的最爱。
吸收有 害气体
无刺激 性
TiO2
抗紫外 线
安全
自清洁
稳定
透明
耐热
的分子、二氧化碳、水。 因为病原体多半是碳水化合有机物质，光
触媒可以分解它们成为无害的水、二氧化碳，因 此达到除污及灭菌的目标。光触媒亦能有效分解 气味分子，达到洁净室内空气的效果。近十年来 在日本，光触媒已被广泛应用于居家环境和医疗 院所中，甚至加工到各类产品成为除污、除臭、 抑菌的最新方案。
抗菌 光催化
电磁波
不可见光线
可见光线
不可见光线
射线 x射线 紫外线
单位：微米 0.2
0.4
红外线 微波 无线电波
0.76
1000
7~16um生命光线
近红外线 中红外线
0.75
1.5
4.0
远红外线
1000
生命之光7.01源自.002高效能纳米复合材料技术
公司研发的新型高效能纳米复 合材料，兼具纳米银直接灭菌效果 和纳米二氧代钛的光催化杀菌效果， 产品外观为粘稠状混合液。具有抗 紫外线、抗菌、自洁净、抗老化性 能，可用于化妆品、功能纤维、塑 料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷 等领域 。