纳米碳纤维及石墨碳纤维
关于碳纳米管、纳米纤维、富勒烯及石墨烯的未来市场
户 随着其 商业 大规 模 发展来 进行ＣＮＴ 的生产研 究 ｓ
及应 用试 验 。 Ａｒ ｅ 公 司 的Ｇｒｐ ｉ ｒｎ ｔ 母 料 已经在 欧 ｋ ｍａ ａ ｈｓ ｅ ｇｈ ｔ
电子 产 品性 能及 需求 的速 率 和 降低 成 本 ，提 供航
空航 天 、军 事用 途 方面 的安 全性 以及提 高可 再生 能源 装 备的效率 。
商标 为Ｇｒｐ ｉｔｅ ｇｈ 多壁碳 纳米 管 （ ＮＴ ）将 ａ ｈｓｒｎ ｔ Ｃ ｓ
推 广 到美 国 市场 。 这 项 批 准 给Ａｒ ｅ 公 司 （ 法 国 化学 公 司 ｋ ｍａ 即 Ａｒ ｅ 美 国子 公 司 ）开 了绿 灯 ，协 助 当前美 国客 ｋ ｍａ
场 缓迈 下来 ，但 从２ ０ 年 笫４ 度 起 又 开始 出现 ９ ０ 季
产 品制造 过 程 中可 采 用 传统 的生 产 工艺 ， 并 能确 保其 在许 多聚 合物 基体 中使ＣＮＴ Ｉ 匀 的分散 ， ｓ ￣均 ｍ 从而 提高 了 良好 的 电气性 能和 力学性 能 。 Ａｒ ｅ 公 司于２ ０ 年 ９ ｋ ｍａ ０ ９ 月宣布 ，在 法 国建立
美 国俄 亥俄 州 托莱 多 的欧 文斯 科 宁 公 司共 同签 署
维 、富勒烯 （ｕｌ ｅｔ）和石 墨烯 （ ｒｐ ｅ ｅ ｆｌ ｒｎｓ ｅ ｇａ ｈ ｎ ）以 年 均３ ％的增长 率 增长 。不 过 因全球 金 融 危机 市 ０
Ａ ｋ ｍ 公司准备将碳纳米管 ｒｅ ａ 推广到美国市场
据 国外 媒体 报道 ，Ａｒｅ 公 司 已获得 来 自美 ｋ ｍａ
国环境 保 护局 （ Ｐ Ｅ Ａ） 的批准 ，这 家 公 司工业 级
位 于美 国马里 兰州 巴尔 的摩 的应 用 纳米 结 构 解 决 方案 公 司 （ 简称 ＡＮＳ ），它 是美 国马里 兰 州 贝塞 斯达 的洛 克希 德 马丁 公 司 的子 公 司 ， 同位 于
石墨烯-碳纳米管复合纤维高灵敏度测温性能
石墨烯-碳纳米管复合纤维高灵敏度测温性能张立军;张媛娟;徐锦波;李斌;林欢【期刊名称】《微纳电子技术》【年(卷),期】2024(61)1【摘要】以碳纳米管(CNT)为填料、氧化石墨烯(GO)溶液为主体,通过化学限域水热法制备了含有不同质量碳纳米管的石墨烯-碳纳米管复合纤维。
发现石墨烯-碳纳米管复合纤维热电性能随着氧化石墨烯与碳纳米管质量比的增加有提升趋势。
利用瞬态电热(TET)技术研究了石墨烯-碳纳米管复合纤维的测温性能,并分析了其导电机理。
结果表明,石墨烯-碳纳米管复合纤维的测温性能表现良好,且随着温度的降低,测温性能进一步提升。
在30 K时,电阻温度系数(TCR)为0.05 K-1,特征响应时间为0.56 s;电流热退火后结构尺寸增大了0.5倍。
导电机理由热激活传导(150~292 K)转变为最近邻跳跃(NNH)传导(70~150 K)和可变范围跳跃(VRH)传导(30~70 K)。
为石墨烯-碳纳米管复合纤维在高灵敏度温度传感器上的应用提供了理论支撑。
【总页数】10页(P77-86)【作者】张立军;张媛娟;徐锦波;李斌;林欢【作者单位】青岛理工大学环境与市政工程学院【正文语种】中文【中图分类】TB33;TP212【相关文献】1.碳纳米管/石墨烯协同改性碳纤维复合材料的制备及性能2.石墨烯/碳纳米管嵌入式纤维传感器对树脂基复合材料原位监测的结构-性能关系对比3.石墨烯/碳纳米管协同增强再生纤维素复合薄膜的导热性能研究4.多组分氧化石墨烯/聚醚胺/碳纳米管层级结构碳纤维复合材料的制备及性能研究5.石墨烯/碳纳米管共改性碳纤维复合材料的结构、力学、导电和雷击性能因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
碳材料的分类及应用
碳材料的分类及应用碳材料是指由碳元素构成的各种材料，包括纯碳材料和碳化物材料。
碳材料以其独特的化学、物理和机械性能，在许多领域具有广泛的应用。
下面将对碳材料的分类和应用进行详细介绍。
一、碳材料的分类碳材料的分类方式有多种，根据成分、形态和制备方法等不同标准可以将碳材料分为不同类别。
1. 纯碳材料纯碳材料是指只含有碳元素的材料，主要包括：石墨、金刚石、纳米碳管、石墨烯等。
- 石墨：由层状的碳原子形成，具有优异的导电性、热传导性和润滑性。
广泛应用于石墨电极、高温耐火材料、摩擦材料等领域。
- 金刚石：由密密麻麻的碳原子构成，具有极高的硬度和热导率。
主要应用于超硬刀具、磨料、磨料涂层等领域。
- 纳米碳管：由碳原子卷曲形成的管状结构，具有优异的力学、电学和导热性能。
在电子器件、储能材料、复合材料等领域有广泛应用。
- 石墨烯：是由单层碳原子构成的二维材料，具有极高的导电性、热传导性和机械强度。
在传感器、透明电子器件、柔性显示器等领域有广泛应用。
2. 碳化物材料碳化物材料是指碳与其他元素形成的化合物，根据不同元素的不同形式，碳化物材料可以分为碳化硅、碳化钨、碳化钛等。
- 碳化硅：具有优异的高温机械性能、热导率和耐磨性。
在陶瓷工业、高温结构材料、电子器件等领域有广泛应用。
- 碳化钨：具有极高的硬度、抗腐蚀性和耐高温性能。
主要应用于切割工具、钨丝、电极等领域。
- 碳化钛：具有优异的导电性、热传导性和化学稳定性。
主要应用于电子器件、太阳能电池、催化剂等领域。
二、碳材料的应用碳材料以其优异的性能在许多领域有广泛的应用。
1. 电子领域碳材料在电子领域有重要的应用，如石墨电极、纳米碳管场效应晶体管（CNT-FET）、石墨烯场效应晶体管（GFET）等。
这些材料具有优异的导电性、热传导性和机械性能，可用于制造电子器件、集成电路和柔性电子等。
2. 能源领域碳材料在能源领域有重要的应用，如储能材料、电池电极、燃料电池等。
纳米碳管和石墨烯等材料具有大比表面积和优异的导电性能，可用于制造超级电容器、锂离子电池和燃料电池等。
碳纤维石墨化处理的作用
碳纤维石墨化处理的作用
碳纤维石墨化处理是一种常用的表面处理方法，它能够显著提高碳纤
维的力学性能和导电性能。
具体来说，碳纤维经过石墨化处理之后，
其表面的晶体结构发生了改变，由原来的类似于石英的非晶态转变为
类似于石墨的层状结构。
这种结构具有很高的结晶度和晶界质量，能
够使碳纤维具有更高的强度、模量和导电性能。
碳纤维石墨化处理的主要作用包括以下几个方面：
1.提高碳纤维的强度和模量
碳纤维在经过石墨化处理后，其结晶度和晶界质量都会得到显著提高。
这使得碳纤维的力学性能得到了明显改善，其强度和模量都可以提高20%以上。
这对于一些高强度、高刚度的应用场合非常重要，如航空
航天、汽车、建筑等领域。
2.增强碳纤维的导电性能
碳纤维经过石墨化处理后，其电导率会得到显著提高，这是由于其层
状结构的导电性能非常好。
这种导电性能比传统金属材料更加优异，
可以应用于一些高电导性能的场合，如电子器件、电化学传感器等。
3.提高碳纤维的耐热性能
碳纤维石墨化处理后，其晶体结构中含有大量的芳香环结构，这种结
构对热稳定性有着很好的保护作用。
经过石墨化处理的碳纤维，其耐
热性能得到了提高，能够承受更高的温度，这对于高温工程领域具有
重要意义。
总之，碳纤维石墨化处理是一种非常有益的表面处理方法，能够显著
提高碳纤维的力学性能、导电性能和耐热性能。
这使得碳纤维在更广
泛的领域得到了应用，如航空航天、汽车、建筑、电子器件等。
未来，随着技术不断进步，碳纤维石墨化处理的作用还将不断拓展和深入。
《新型纺织材料》课件——碳纤维
碳纤维制造过程式中最重要的环节
2 原丝的预氧化
聚丙烯腈原丝的预氧化——原丝在200 ℃~300℃的空气介质
中进行预氧化处理。目的是要使线型分子链转化为耐热的梯型结构，
使其在高温炭化时不熔不燃，保持纤维形态，从而得到高质量的碳
日本进藤昭男发明了以 聚 丙 烯 腈 ( PA N ) 纤 维 为 原 料制取炭纤维的方法
1970
日本吴羽化学工业公司 采用大谷杉郎的专利， 首先建成年产120t普 通型(GPCF)沥青基炭 纤维的生产厂
普通型(A型)碳纤维
在900-1200℃下炭化得到 的碳纤维。这种碳纤维强 度和弹性模量都较低，一 般强度小于107.7cN／tex， 模量小于13462cN／tex。
碳纤维制造过程式中最重要的环节
1 聚丙烯腈原丝的制备
（2）纺丝一般采用湿法纺丝，而不用干法。 干法生产的纤维溶剂不容易洗净。如果纤维中残留少量溶剂，在预氧化及 炭化等一系列热处理过程中，溶剂挥发或分解会使纤维粘结；产生缺陷，所得 碳纤维发脆或毛丝多、强度低。实践证明，在原丝制备时原丝水洗时间长，则 产品碳纤维 的强度及模量高。
新型纺织材料
碳纤维
目录
01
概述
02
加工方法
03 碳纤维的结构和性能
01
概述
碳纤维是指纤维化学组成中碳元素占总量90%以上的纤维。
碳纤维是以聚丙烯腈纤维、粘胶纤维或沥青纤维为原丝，通过 加热除去碳以外的其它一切元素制得的一种高强度、高模量纤维， 它有很高的化学稳定性和耐高温性能，是高性能增强复合材料中的 优良结构材料。
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。
碳纤维石墨结构
碳纤维石墨结构
碳纤维石墨结构是由碳纤维与石墨组成的复合材料结构。
碳纤维是一种由碳纤维原料制成的纤维材料，具有轻量化、高强度、高模量、耐腐蚀等特点。
石墨是由碳原子构成的晶体结构，具有高导电性和高热导性。
碳纤维石墨结构可以通过将碳纤维和石墨材料进行复合而获得。
在制备过程中，首先将碳纤维进行预处理，如进行表面处理或涂覆特殊涂层。
然后将处理后的碳纤维与石墨材料进行层叠堆积，并通过热处理和压力处理等工艺使其形成结合。
最终形成的碳纤维石墨结构具有优异的力学性能和导热性能。
碳纤维石墨结构可以应用于许多领域，如航空航天、汽车制造、体育器材、建筑等。
其轻量化和高强度的特点使其成为航空航天领域中制造飞机和航天器的重要材料。
在汽车制造领域，碳纤维石墨结构可以用于制造车身和零部件，提高汽车的安全性和燃油经济性。
此外，碳纤维石墨结构还可以用于制造高性能的体育器材，如高尔夫球杆和网球拍等。
总之，碳纤维石墨结构是一种具有优异性能的复合材料，具有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步，碳纤维石墨结构有望在更多领域中发挥重要作用。
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）。
碳纤维
以PAN基碳纤维的结构为例，具有如下结构： PAN基碳纤维的结构为例，具有如下结构： 基碳纤维的结构为例
*基本单元： 六角平面石墨层； 基本单元： 六角平面石墨层；
*二级结构单元：由数张至数十张石墨层片组成的石墨微晶； 二级结构单元：由数张至数十张石墨层片组成的石墨微晶；
*三级结构单元：由石墨微晶组成的狭长带状原纤。原纤沿纤维轴向有 三级结构单元：由石墨微晶组成的狭长带状原纤。 较高择优取向，但并不与轴向完全吻合，有一定夹角（约正负10 10度 较高择优取向，但并不与轴向完全吻合，有一定夹角（约正负10度）。 产生夹角的原因是石墨微晶在生长过程中，可能会出现石墨层平面错位， 产生夹角的原因是石墨微晶在生长过程中，可能会出现石墨层平面错位， 以及杂质导致石墨微晶生长方向改变。 以及杂质导致石墨微晶生长方向改变。
TW汽车有限公司的专家，花了6个月时间 生产了这辆d外壳还有几乎每一个仪表盘 都是由碳纤维构成的车。
碳纤维的制造 碳纤维是有机纤维经固相反应转变而成的纤维状聚合物 含碳95 左右的称为碳纤维；含碳量99 95% 99% 碳。含碳95%左右的称为碳纤维；含碳量99%左右的称为 石墨纤维。 石墨纤维。 碳纤维主要的制备工艺是先驱体转换法， 碳纤维主要的制备工艺是先驱体转换法，即将有机纤维 原丝）经过稳定化处理后， （原丝）经过稳定化处理后，再在惰性气氛的高温下热 解碳化，形成碳纤维。 解碳化，形成碳纤维。制备碳纤维的主要原材料有聚丙 烯腈（PAN）纤维、人造丝（黏胶纤维） 沥青（Pitch） 烯腈（PAN）纤维、人造丝（黏胶纤维）、沥青（Pitch） 等。碳纤维的制备一般都包括三个阶段。 碳纤维的称不溶化处理或预氧化处理，目的是使原丝变成不溶不熔的， 又称不溶化处理或预氧化处理，目的是使原丝变成不溶不熔的，以防止 在后来的高温处理中熔融或者粘连， 100-300° 范围内进行。 在后来的高温处理中熔融或者粘连，通常在 100-300°C 范围内进行。
碳纤维简介及其应用
碳纤维材料对生活的影响碳纤维简介碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。
碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构，在沿纤维轴方向表现出很高的强度。
碳纤维具有强度高、重量轻等特点，是一种力学性能优异且具有诸多特殊功能的新材料。
由于碳纤维及其复合材料优异的综合性能及高附加值，被人们称作是二十一世纪的“黑色黄金”，被列入国家“十三五”规划，作为国家重点发展的战略新兴产业。
二十世纪四、五十年代，美国人首次通过牵引人造丝的方法，制备得到了碳纤维符合材料(CFRP)。
此后美国人在该技术方面领跑世界近20年。
1969年，日本东丽公司研制成功高比强度和高比模量的碳纤维。
目前，以日本东丽、东邦和三菱人造丝三家日本公司的碳纤维材料产量占据世界70%以上的高性能碳纤维生产份额。
我国的碳纤维产业发展和国外存在着较大差距，无论是碳纤维的生产和下游的应用。
以碳纤维为例，2017年，全球碳纤维理论产能为147,100吨，而中国为2,6000吨。
差距已经较大，但在实际产量上，差距就更明显。
2016年全球碳纤维产量在84000吨左右，约为产能的60%，但中国的实际产量7400吨（有说5400），不到产能的30%（中国碳纤维2017年需求约24800吨，自给率30%）。
同时国外如东丽可以批量生产T300、T700、T800、T1000、M40、M55、M60等级别的碳纤维，而国内T300、T700可以满足一定的需求，其他级别产品在市场上还没形成规模化供应。
碳纤维的发展目前的碳纤维制备技术已经能制备出比强度比钢高十几倍，密度是一般金属的0.5 倍左右，疲劳极限是拉伸强度的70%~80%，在400摄氏度的高温下强度和弹性模量无变化，易于大面积整体成型。
由于国外碳纤维材料发展较早，除了应用于宇航、航空之外，在汽车、船舶、建筑、车辆、化工设备乃至文娱体育用品都得到了充分的应用。
碳纤维的技术及应用
碳纤维的技术及应用碳纤维是由有机母体纤维（例如粘胶丝、PAN聚丙烯腈或沥青）采用高温分解法在1000～3000度高温的惰性气体下制成的。
其结果是除碳以外的所有元素都予以去除。
碳纤维是一种含碳量高于99%的无机高分子纤维，其含碳量随种类不同而异，其中含碳量高于99%的称石墨纤维。
碳纤维呈黑色，坚硬，具有强度高、重量轻等特点，是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000MPa亦高于钢。
因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000MPa/（g/cm3）以上，而A3钢的比强度仅为59MPa/（g/cm3）左右，其比模量也比钢高。
根据原料不同，碳纤维可分为粘胶基碳纤维、PAN基碳纤维和沥青基碳纤维。
其中，粘胶基碳纤维主要用于耐烧蚀材料，PAN基碳纤维主要用于生产高强度纤维，沥青基碳纤维主要用于生产高模量纤维。
沥青基碳纤维根据沥青的结晶状态，可分类为等方性和中间相2种，等方性耐热性和耐药品性、滑动性优异，中间相具有高强度、高模量等机械特性。
根据碳纤维的机械强度与模量的高低，可分为5级性能，分类如下表：表1 碳纤维分类根据炭化温度不同，分为三种类型。
（1）普通型（A型）碳纤维：在900～1200℃下炭化得到的碳纤维。
强度和弹性模量都较低。
一般强度小于107.7cN/tex,模量小于13462cN/tex。
（2）高强度型（Ⅱ型或C型）碳纤维：在1300～1700℃下炭化得到的碳纤维。
强度很高，可达138.4～166.1cN/tex，模量约为13842～16610cN/tex。
（3）高模量型（Ⅰ型或B型）碳纤维：又称石墨纤维。
在炭化后再经2500℃以上高温石墨化处理得到的碳纤维。
强度较高，约为97.8～122.2cN/tex。
模量很高，一般可达17107cN/tex以上，有的甚至可达31786cN/tex。
纳米碳材料
纳米碳材料(昆明理工大学，云南省昆明市，邮编650000)1.纳米碳材料简介纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。
分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种原子（非碳原子）组成，甚至可以是纳米孔。
纳米碳材料主要包括三种类型：碳纳米管，碳纳米纤维，纳米碳球。
2.碳纳米材料分类2.1碳纳米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。
碳纳米管按照石墨烯片的层数分类可分为：单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）和多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs），多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。
与多壁管相比，单壁管是由单层圆柱型石墨层构成，其直径大小的分布范围小，缺陷少，具有更高的均匀一致性。
单壁管典型直径在0.6-2nm，多壁管最内层可达0.4nm，最粗可达数百纳米，但典型管径为2-100nm。
碳纳米管依其结构特征可以分为三种类型：扶手椅式纳米管，锯齿形纳米管和手型纳米管。
2.2 碳纤维碳纤维（carbon fiber），顾名思义，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。
纳米碳纤维是什么材料
纳米碳纤维是什么材料纳米碳纤维是一种新型的碳纤维材料，它具有极高的强度和轻量化特性，被广泛应用于航空航天、汽车制造、体育器材等领域。
那么，纳米碳纤维究竟是什么材料呢？让我们一起来探究一下。
首先，我们需要了解什么是纳米碳纤维。
纳米碳纤维是一种由碳原子构成的纤维材料，其直径在纳米尺度范围内，通常为1-100纳米。
这种纤维材料具有极高的比表面积和机械性能，能够承受极大的拉伸力和压缩力。
与传统的碳纤维相比，纳米碳纤维的强度和刚度更高，同时具有更好的导电性能和热稳定性。
纳米碳纤维的制备方法主要包括化学气相沉积、电纺丝、拉伸法等。
其中，化学气相沉积是目前应用最为广泛的制备方法之一。
通过在高温下使碳原子在气相中发生化学反应，最终形成纳米尺度的碳纤维。
电纺丝则是利用电场将聚合物或者碳纳米管溶液拉伸成纤维，再通过热处理得到纳米碳纤维。
而拉伸法则是将碳纳米管或者石墨烯氧化物进行拉伸，形成纳米尺度的碳纤维。
纳米碳纤维具有许多优异的性能，其中最突出的就是其极高的强度和刚度。
由于其直径在纳米尺度范围内，纳米碳纤维的比表面积非常大，能够提供更多的结构支撑，因此具有优异的拉伸性能。
同时，纳米碳纤维的导电性能也非常优秀，可以应用于电子器件、导电材料等领域。
此外，纳米碳纤维的热稳定性也很高，能够在极端的温度条件下保持良好的性能。
在航空航天领域，纳米碳纤维被广泛应用于制造航空器的结构材料。
由于其轻量化和高强度的特性，可以大幅减轻飞机的重量，提高燃油利用率，同时保证飞机的结构强度和安全性。
在汽车制造领域，纳米碳纤维也被用于制造汽车车身和零部件，使汽车更加轻盈、节能和环保。
在体育器材领域，纳米碳纤维被应用于制造高性能的运动器材，如高尔夫球杆、网球拍等，使运动员能够更好地发挥自己的能力。
总的来说，纳米碳纤维是一种具有极高强度和轻量化特性的新型材料，具有广阔的应用前景。
随着科学技术的不断进步，纳米碳纤维将会在更多领域得到应用，为人类的生产生活带来更多的便利和发展机遇。
碳材料知识点总结
碳材料知识点总结一、碳材料的基本性质1. 碳材料的结构碳材料通常具有多种结构形式，包括非晶碳、石墨、金刚石、纳米碳材料等。
这些结构形式的不同来源于碳元素的排列方式和键合状态。
石墨是由层状碳原子通过SP2杂化轨道形成的，具有层间键结构，层间间隙较大，易于插入或吸附小分子。
金刚石由三维共价键网络构成，具有非常高的硬度和热导率。
而纳米碳材料则是在纳米尺度下形成的碳结构，包括碳纳米管、石墨烯等，具有特殊的电学、热学和力学性能。
2. 碳材料的性能碳材料具有许多优异的性能，包括高强度、高导电性、高热导率、化学稳定性、低密度等。
石墨烯具有极高的电子迁移率和热导率，且具有出色的柔韧性和透明性。
碳纳米管也具有优异的力学性能和导电性能，在纳米电子器件和复合材料中有着广泛的应用。
3. 碳材料的表面性质碳材料的表面性质对其在吸附、催化等方面具有重要影响。
由于其大的比表面积和高的孔隙度，大部分碳材料都具有良好的吸附性能。
在化学催化反应中，碳材料也可以作为良好的载体，提高催化剂的活性和稳定性。
二、碳材料的制备方法1. 石墨烯的制备石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法、化学剥离法、还原氧化石墨等。
机械剥离法是最早的石墨烯制备方法，通过机械剥离石墨材料得到单层石墨烯。
化学气相沉积法通过碳源气体在金属基底上热解得到石墨烯。
还原氧化石墨则是通过化学还原将氧化石墨氧化物还原为石墨烯。
2. 碳纳米管的制备碳纳米管可以通过化学气相沉积法、电化学沉积法、等离子体增强化学气相沉积法等多种方法制备。
其中，化学气相沉积法是最常用的制备方法，通过碳源气体在催化剂的作用下形成碳纳米管。
3. 碳纤维的制备碳纤维的制备主要包括聚丙烯腈基碳纤维和石墨基碳纤维两种。
聚丙烯腈基碳纤维是目前主要的碳纤维制备方法，通过聚合物纤维的热解得到碳纤维。
石墨基碳纤维则是通过石墨化石墨纤维的加热石墨化得到的。
4. 碳材料的功能化改性除了传统的碳材料制备方法外，功能化改性也是一种常用的手段，通过引入不同的元素和功能基团，改善碳材料的性能和增加其应用领域。
碳纤维_论文
碳纤维在航空航天中的应用摘要:碳纤维就是纤维状的碳，由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。
碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。
本文将针对碳纤维的结构、性能、制备方法及其在航空航天中的应用介绍。
引言20世纪纳米科技取得了重大发展，而纳米材料是纳米技术的基础，碳纤维是一种比强度比钢大，比重比铝轻的材料，它在力学，电学，热学等方面有许多特殊性能，碳纤维的强度比玻璃钢的强度高；同时它还具有优异的导电、抗磁化、耐高温和耐化学侵蚀的性能，被认为是综合性能最好的先进材料，因此它在各个领域中的应用推广非常迅速。
在近代工业中，特别是在航空航天中起着十分重要的作用。
1.碳纤维的概念碳纤维就是纤维状的碳，由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。
它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3 倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。
有学者在1981年将PAN基CF浸泡在强碱NaOH溶液中，时间已过去30多年，它至今仍保持纤维形态。
2.碳纤维的结构碳纤维的结构决定于原丝结构和炭化工艺。
对有机纤维进行预氧化、炭化等工艺处理，除去有机纤维中碳以外的元素，形成聚合多环芳香族平面结构。
在碳纤维形成过程中，随着原丝的不同，质量损失可达10~80％，形成了各种微小的缺陷。
但无论用哪种材料，高模量的碳纤维中的碳分子平面总是沿纤维轴平行的取向。
用x一射线、电子衍射和电子显微镜研究发现，真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构。
碳纤维呈现乱层石墨结构。
在乱层石墨结构中，石墨层片仍是最基本结构单元，一般由数张到数十张层片组成石墨微晶，这是碳纤维的二级结构单元。
层片之间的距离叫面间距d，由石墨微晶再组成原纤维，其直径为50nm左右，长度为数百nm，这是纤维的三级结构单元。
纳米碳材料的研究及应用前景
纳米碳材料的研究及应用前景随着科技的不断进步，纳米技术逐渐成为了一个热门的领域。
而其中，纳米碳材料作为其中的一种，其研究与应用也日趋广泛。
一、纳米碳材料的定义纳米碳材料，指的是一种在纳米尺度下制备的碳材料。
这种材料的尺寸精确到了纳米级别，其大小约为1~10纳米。
二、纳米碳材料的种类纳米碳材料分为多种，如纳米碳管、石墨烯、烯类化合物等。
其中，纳米碳管是最早被发现的一种纳米碳材料。
它的结构可以看做是一种圆柱形，由碳原子组成，并且可以通过碳纤维或电弧等多种方式制备。
石墨烯则是一种由碳原子形成的平面单层晶体，由于其很好的电导率和高比表面积等性质，在能源、生命科学等领域都拥有着广泛的应用前景。
烯类化合物则是由多个碳原子形成蜂窝状的结构，其具有高强度、高导热率等特性，也被广泛用于材料科学的研究与创新中。
三、纳米碳材料的研究与应用1.石墨烯由于石墨烯的高导电性、高透明度、高比表面积等特质，使得它在能源领域得到了广泛的应用。
例如，石墨烯可以用于制造太阳能电池、储能电池等能源相关的材料，通过石墨烯的导电特性，可以提高太阳能电池的转换效率和电池的储能效率。
此外，石墨烯还可以用于生命科学领域的研究。
例如研究人员可以将纳米石墨烯纳入到药物颗粒中，利用其高比表面积将药物粒子的分散度更加均匀，从而实现药效的提高。
2.纳米碳管纳米碳管的导电性、强度、光学性质等特点，使得它在电子器件、生命科学和储能等领域都有着广泛的应用。
例如，纳米碳管可以形成纳米级别的集成电路，能够用于高速电信传输和高效储存晶体管的核心电荷。
在生命科学领域，纳米碳管的可控性制造和分散性，可以将其应用于药物递送、细胞成像、生物传感器等领域。
在储能方面，纳米碳管阴极储能器可以有效地提高锂电池的储能密度和功率密度。
总体而言，纳米碳材料的研究与应用在众多领域取得了显著的进步，并对未来的科技发展产生了深远的影响。
碳纤维材料概述
碳纤维材料概述碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。
它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。
碳纤维具有许多优良性能，如轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好等。
碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
在国防军工和民用方面都是重要材料。
它具有许多优点，例如高强度、高刚性、低密度、良好的耐腐蚀性和抗疲劳性等。
这些特性使得碳纤维在汽车、航空航天、军事、体育和建筑等领域得到广泛应用。
总的来说，碳纤维是一种具有重要应用价值的材料，在各个领域中都有广泛的应用。
对于想要了解更多关于碳纤维信息的人，可以查阅相关书籍或者咨询专业人士。
除了上述提到的应用领域，碳纤维还可以应用于更多的领域。
以下是几个例子：1.能源领域：碳纤维可以用于制造高效能电池，如燃料电池和锂离子电池。
此外，碳纤维还可以用于制造太阳能电池板，提高其效率和稳定性。
2.医疗领域：碳纤维具有很好的生物相容性和耐腐蚀性，可以用于制造医疗器械，如手术器械、假肢和药物载体等。
3.环境领域：碳纤维可以用于制造环保材料，如碳纤维回收塑料和碳纤维空气净化器等。
4.建筑领域：碳纤维可以用于加固建筑物和桥梁等结构，提高其稳定性和耐久性。
5.交通领域：碳纤维可以用于制造轻量化交通工具，如碳纤维自行车、电动车和汽车等，提高其性能和安全性。
总之，碳纤维是一种具有广泛应用价值的材料，未来随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展，碳纤维将会在更多的领域得到应用。
碳纳米纤维
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讲师：
3.1 储氢和催领域的应用
碳纳米纤维具有高比表面积和吸附特性，因此 可以用来储存氢气，从研究的储氢数据看，纳米碳 纤 维 在 室 温 储 氢 已 具 备 应 用 前 景 。 Baker 和 Rodriguez小组用化学气相沉积法制备的纳米碳纤 维，在室温和10MPa压力下吸附量达到2.08，以碳 纤维中碳的充填率0.1g/cm3计算， 其体积吸附量 超过200Kg/m3。此外，碳纳米纤维具有分子级细 孔，比表面积大，边缘碳原子活性点多等优点，因 此可以用来作为催化剂和催化剂的载体
2.1 化学气相沉积法
3）气相流动催化法 气相流动催化法是直接加热催化剂前驱体，使 其以气体形式同烃类气体一起引入反应室，经过不 同温度区完成催化剂和烃类气体的分解，分解的催 化剂原子逐渐聚集成纳米级颗粒，热解生成的碳在 纳米级催化剂颗粒上析出碳纳米纤维。由于从有机 化合物分解出的催化剂颗粒可分布在三维空间内， 同时催化剂的挥发量可直接控制，因此，其单位时 间内产量大，并可连续生产。
3.2 锂离子电池负极材料
碳纳米纤维可以作为锂离子电池负极材料，锂 离子不仅可以嵌入到管内各管径和管芯，而且可以 嵌入到管间的缝隙中，从而为锂离子提供了大量的 嵌入空间，有利于提高锂离子电池的充放电容量和 电流密度。乔文明等用化学气相沉积法制备的碳纳 米纤维作为锂离子电池负极材料初次嵌锂容量可达 到 533mAh/g ， 25 次 循 环 后 可 逆 容 量 保 持 在 274mAh/g，循环效率超过99% 锂离子电池
碳纳米纤维
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碳纳米纤维复合 隔音材料
x型碳纳米增强 碳纤维预浸料.
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碳纳米纤维的不足之处及其改进
• 不足之处：.由于碳纳米比较小，无法单独形成比 较大的碳纳米，必须就要一个基体，这样能就导 致了碳纳米纤维的含量就会下降，不能发挥其 100%的功效。
• 改进：选用可以降解的材料作为基体材料，这样 能够在合成之后利用光、电、辐射等方法将基体 材料除去，获得纯度更高的碳纳米。
过渡金属)，根据催化剂的催化活性选择适当的反应温度，高温下通 入烃类气体热解，使之分解并析出碳纳米纤维。
基体法可以制备出高纯碳纳米纤维，但制备纳米级催化剂颗粒困难， 一般颗粒直径较大，较难制备细直径的碳纳米纤维。
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制备流程
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成品图样
采用纳米碳纤维模 板法制备得到固化 在SiO2纤维上的纤 维状纳米锰酸镧 (LaMnO3)材料。
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The end,thank you!
以上纯属个人意见见解，如有雷同，纯 属巧合
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碳纳米纤维 制备方法
制备方法
基体法
化学气相沉积 法
喷淋法
固相合成法
等离子化学气 相沉积法
静电纺丝法
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化学气相沉积法 （CVD法）
• 化学气相沉积法根据使用催化剂的分散状态和种类不同可以分为 基体法、喷淋法、气相流动催化剂法和等离子化学气相沉积法
• 基体法： 在陶瓷或石墨基体上均匀散布纳米催化剂颗粒(多为Fe、Co、Ni等
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纳米碳纤维及石墨碳纤维
是直径为50∼200nm，长径比为100∼500的新型碳材料。
它填补了常规碳纤维（直径为7∼10µm）和单壁碳纳米管（SWNTs）（直径约为1nm）及多壁碳纳米管（MWNTs）（直径为1∼50nm）尺寸上的缺口，具有较高的强度、模量、长径比、热稳定性、化学活性、导电性等特点；另外，纳米碳纤维在成本和产量上与碳纳米管相比都有绝对的优势。
所以在复合材料（包括增强、导电及电磁屏蔽添加剂等）、门控场发射器件、电化学探针、超电容、催化剂载体、过滤材料等领域都有潜在的应用前景。
如：少量加入纳米碳纤维可使芯片的电阻率降到1010Ω·cm，解决静电消散问题；加入少于3%的纳米碳纤维，电阻率可降到104∼106Ω·cm，可以解决面板类电子器件的静电喷漆问题，而加入一般碳纤维往往不能满足该要求，因为一般碳纤维直径太大，使静电喷漆表面太粗糙，纳米碳纤维直径很细，静电喷漆表面可以达到A级光洁度；作为力学性能的增强剂时，纳米碳纤维可以达到连续碳纤维一样的增强效果，而价格则相当于采用玻璃纤维作增强剂，应用在聚合物基复合材料领域可以提高基体的拉伸、冲击强度和模量，并且导电导热性都有大幅度的提高，是电子、汽车、航天航空等领域的理想的增强材料，如：在ABS基体中加入5%（质量分数）的纳米碳纤维PyrografIII时，纳米碳纤维可在基体中得到很好的分散并发生取向，使基体的拉伸模量提高44%。
所以近年来对纳米碳纤维的理论和应用研究越来越受到广大研究者们的关注。
石墨碳纤维：
通常把2000～3000℃的热处理过程称为石墨化。
炭纤维在此温度下处理所得的纤维称为石墨纤维。
一般炭纤维的炭化温度在1000～1500℃。
热处理到1000℃时其碳含量已达90%～92%，到1200～1500℃时碳含量可达95%左右。
继续升温时，炭纤维中残留的氮、氢等非碳原子进一步被脱除，非芳构化碳减少，六角碳网平面的环数增加，转化为类似石墨层面的组织。
随着温度的不断上升，这些分布紊乱的石墨层面进一步靠拢(d002减小)，转化为类似石墨的微晶状态，微晶增大(La，Lc增大)，结晶态碳的比例增加，石墨层面沿纤维轴的取向度也增加。
石墨单晶的拉伸弹性模量高达1051GPa，炭纤维的拉伸弹性模量也随着最高热处理温度和石墨化程度的升高而升高。
但是其拉伸强度也将下降，这是因为在多晶材料中，晶界强度往往比晶粒内部强度小，所以初始裂纹大多存在于晶界处，且其在外力作用下扩展时，多沿。