碳纳米材料及应用PPT
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纳米碳材料的特性及应用
纳米碳材料的特性及应用纳米碳材料是指由碳原子组成的材料，在纳米尺度下具有特殊的物理、化学和电子性质。
常见的纳米碳材料包括纳米管、纳米颗粒和石墨烯等。
纳米碳材料具有以下特性：1. 巨大的比表面积：纳米碳材料具有极高的比表面积，使其具有优异的吸附性能和催化性能。
比表面积的增大有助于提高材料的活性。
2. 准一维或二维结构：纳米碳材料常常具有准一维或二维结构，例如碳纳米管是一种具有管状结构的材料，石墨烯是一种单层碳原子排列成二维平面结构的材料。
这种结构使纳米碳材料具有特殊的电子和光学性质。
3. 高导电性和高机械强度：纳米碳材料具有优异的导电性和机械强度。
其中，碳纳米管具有优异的导电性和力学性能，是一种理想的导电材料。
石墨烯也具有较高的导电性和机械强度，具有广泛的应用前景。
4. 优异的光学特性：纳米碳材料具有优异的光学特性，例如碳纳米管具有独特的吸收和发射光谱特性，可以应用于光电器件和生物标记。
纳米碳材料在许多领域具有广泛的应用，包括以下几个方面：1. 电子学应用：由于纳米碳材料具有优异的导电性和机械强度，常用于制备导电材料和电子器件。
碳纳米管和石墨烯等纳米材料可用于制备柔性电子器件、场发射材料和导电粘合剂等。
2. 催化应用：纳米碳材料具有较大的比表面积和良好的催化性能，可用作催化材料。
纳米碳材料在催化剂的设计和开发中起到重要的作用，特别是碳纳米管在应用于催化反应中具有较高的活性和选择性。
3. 吸附材料：纳米碳材料具有巨大的比表面积和优异的吸附性能，可用作吸附剂。
纳米碳材料对有机物质和重金属离子等具有良好吸附能力，可应用于环境污染物的吸附和处理。
4. 生物医学应用：纳米碳材料在生物医学领域具有广泛的应用。
纳米碳材料具有较好的生物相容性和生物活性，可以用于生物传感器、药物传递、组织工程和生物成像等方面。
5. 能源存储和转换：纳米碳材料在能源领域具有重要的应用价值。
碳纳米管和石墨烯等纳米材料具有较高的电导率，可用于制备电池电极材料、超级电容器和燃料电池等。
碳材料PPT课件
形成一切生物有机生命体的骨架元素； 大量的中间过渡状态，较少的纯碳形式； 新型炭材料。
C 的存在
碳的起源---“big bang”理论
宇宙巨大的能量块 150亿年前发生大爆炸
宇宙空间充满高能的光
膨胀 温度降低
光转化为物质，各种 粒子开始形成
温度降低 温度升高
粒子凝聚成氢
温度升高
Ne Na Mg O S Si P…
C 的演变
碳在宇宙进化中起着重要的作用，是宇宙中前期生物分子进 化的关键元素。
宇宙中：原子碳、分子碳、固态碳和碳化物 太阳系：H, He,O, C, Ne…… 地球中：第14位 （90% 的碳是以CaCO3的形式存在，为化石 燃料的1万倍） 碳是地球上一切生物有机体的骨架元素，没有碳就没有生命. 碳元素占人体 总重量的18 %左右 人类进化以来，很早就开始利用各种炭物质和炭材料。各种 炭材料在航天、航空等工业、医疗、能源和日用品中得以应用。 当今世界以碳为主要原子构成的有机化学为橡胶、塑料、合 成纤维三大 材料奠定了基础。
Richard E. Smalley 1/3 of the prize USA Rice University Houston, TX, USA b. 1943 d. 2005
The Nobel Prize in Chemistry 2000 “for the discovery and development of conductive polymers”
1/3 of the prize USA Rice University Houston, TX, USA b.1933
Sir Harold W. Kroto 1/3 of the prize United Kingdom University of Sussex Brighton, United Kingdom b. 1939
C 的存在
碳的起源---“big bang”理论
宇宙巨大的能量块 150亿年前发生大爆炸
宇宙空间充满高能的光
膨胀 温度降低
光转化为物质，各种 粒子开始形成
温度降低 温度升高
粒子凝聚成氢
温度升高
Ne Na Mg O S Si P…
C 的演变
碳在宇宙进化中起着重要的作用，是宇宙中前期生物分子进 化的关键元素。
宇宙中：原子碳、分子碳、固态碳和碳化物 太阳系：H, He,O, C, Ne…… 地球中：第14位 （90% 的碳是以CaCO3的形式存在，为化石 燃料的1万倍） 碳是地球上一切生物有机体的骨架元素，没有碳就没有生命. 碳元素占人体 总重量的18 %左右 人类进化以来，很早就开始利用各种炭物质和炭材料。各种 炭材料在航天、航空等工业、医疗、能源和日用品中得以应用。 当今世界以碳为主要原子构成的有机化学为橡胶、塑料、合 成纤维三大 材料奠定了基础。
Richard E. Smalley 1/3 of the prize USA Rice University Houston, TX, USA b. 1943 d. 2005
The Nobel Prize in Chemistry 2000 “for the discovery and development of conductive polymers”
1/3 of the prize USA Rice University Houston, TX, USA b.1933
Sir Harold W. Kroto 1/3 of the prize United Kingdom University of Sussex Brighton, United Kingdom b. 1939
《纳米碳材料》课件
传感器与探测器
纳米碳材料可以作为传感器和探测器 的敏感元件，用于气体、温度、压力 等物理量的检测与控制。
05
纳米碳材料的未来发展 与挑战
提高制备效率与可控性
总结词
提高纳米碳材料的制备效率和可控性是未来发展的重要方向，有助于实现大规模生产和应用。
详细描述
目前纳米碳材料的制备方法主要包括化学气相沉积、物理气相沉积、溶胶-凝胶法等，但这些方法的效 率和可控性仍有待提高。未来需要研究新的制备技术，优化制备条件，实现高效、低成本、大规模的 纳米碳材料生产。
阈值电压和高发射电流密度使得电子能有效地从材料表面发射出来。
光学性质
吸收光谱
纳米碳材料具有宽的吸收光谱范 围，从紫外到可见光再到近红外 。这种特性使得它们在太阳能吸
收和光电器件中有广泛应用。
发光特性
一些纳米碳材料，如碳纳米点， 具有独特的荧光性质，这使得它们 在生物成像、显示技术和照明领域 有潜在的应用。
纳米碳材料的应用领域
总结词
纳米碳材料在许多领域都有广泛的应用前景，如能源、环境、生物医学和电子器件等。
详细描述
在能源领域，纳米碳材料可用于制备高效能电池、超级电容器和太阳能电池等。在环境 领域，纳米碳材料可用于污水处理、空气净化和土壤修复等。在生物医学领域，纳米碳 材料可用于药物输送、生物成像和肿瘤治疗等。在电子器件领域，纳米碳材料可用于制
造高性能电子器件和光电器件等。
02
纳米碳材料的制备方法
化学气相沉积法
化学气相沉积法是一种常用的制备纳米 碳材料的方法，通过将气体反应物在一 定条件下进行化学反应，生成固态物质 并沉积在基底上形成纳米碳材料。
常用的气体反应物包括甲烷、乙炔、苯等烃 类物质，以及氨气、一氧化碳等非烃类物质 。
纳米碳材料可以作为传感器和探测器 的敏感元件，用于气体、温度、压力 等物理量的检测与控制。
05
纳米碳材料的未来发展 与挑战
提高制备效率与可控性
总结词
提高纳米碳材料的制备效率和可控性是未来发展的重要方向，有助于实现大规模生产和应用。
详细描述
目前纳米碳材料的制备方法主要包括化学气相沉积、物理气相沉积、溶胶-凝胶法等，但这些方法的效 率和可控性仍有待提高。未来需要研究新的制备技术，优化制备条件，实现高效、低成本、大规模的 纳米碳材料生产。
阈值电压和高发射电流密度使得电子能有效地从材料表面发射出来。
光学性质
吸收光谱
纳米碳材料具有宽的吸收光谱范 围，从紫外到可见光再到近红外 。这种特性使得它们在太阳能吸
收和光电器件中有广泛应用。
发光特性
一些纳米碳材料，如碳纳米点， 具有独特的荧光性质，这使得它们 在生物成像、显示技术和照明领域 有潜在的应用。
纳米碳材料的应用领域
总结词
纳米碳材料在许多领域都有广泛的应用前景，如能源、环境、生物医学和电子器件等。
详细描述
在能源领域，纳米碳材料可用于制备高效能电池、超级电容器和太阳能电池等。在环境 领域，纳米碳材料可用于污水处理、空气净化和土壤修复等。在生物医学领域，纳米碳 材料可用于药物输送、生物成像和肿瘤治疗等。在电子器件领域，纳米碳材料可用于制
造高性能电子器件和光电器件等。
02
纳米碳材料的制备方法
化学气相沉积法
化学气相沉积法是一种常用的制备纳米 碳材料的方法，通过将气体反应物在一 定条件下进行化学反应，生成固态物质 并沉积在基底上形成纳米碳材料。
常用的气体反应物包括甲烷、乙炔、苯等烃 类物质，以及氨气、一氧化碳等非烃类物质 。
碳纳米管的制备与纯化ppt课件
天、军事等方面都有广泛. 应用。
碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量 子材料，径向尺寸为2~20nm，轴向尺寸 为微米量级、管子两端基本上都封口主要 由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十 层的同轴圆管。
.
碳纳米管也可以看成是由石墨层卷曲而成 的圆柱形管状物。 碳纳米管可以分为多壁碳纳米管和单壁碳 纳米管两类。 多壁碳纳米管：由多层石墨卷曲而成的一 组同轴圆柱形管。 单壁碳纳米管：由一层石墨卷曲而成的一 个圆柱形管。
.
.
碳纳米管的主要性质
.
二、制备方法
➲ 电弧放电法。（已用于工业化生产） ➲ 激光蒸发法。 ➲ 化学气相沉淀法。 ➲ 太阳能法。 ➲ 火焰法。 ➲ 增强等离子体热流体化学化学蒸气分解沉法。 ➲ 等离子体法。 ➲ 水热法。 ➲ 超临界流体技术。 ➲ 固相复分解反应制备法。…………
.
➲ 碳源 石墨是最早也是最容易获得的碳源。激光法、电弧 法中常以石墨靶为碳源，后来随着碳纳米管制备技 术的发展，纳米管的碳源也可从各种含碳物质的热 解或转化来制得。含碳和氢，以及混杂有氧、氮、 硫等其它杂质的有机化合物，低沸点的有机金属化 合物(如各种金属茂、金属酞脊等)，在加热时，特 别是催化加热时通过歧化或炭化转化为高碳或纯碳 材料，然后在合适的条件下部分或完全转化成碳纳 米管。根据碳源的物理形态可以设计相应的实验。 如石墨可用作电弧法和激光蒸发法。co,烃类气体适 用于各类CVD法、低沸点的金属茂、金属酞菁等也 可通过加热升华后用于CVD法;苯、金属茂、金属酞 菁等经有机溶剂溶解，利用溶胶-凝胶技术和载体均
➲ 激光蒸发法
.
Smalley 等制备C60时，在电极中加入一 定量的催化剂，得到了单壁碳纳米管。Thess 等改进实验条件，采用该方法首次得到相对较 大数量的单壁碳纳米管。实验在1 473 K条件 下，采用50 ns的双脉冲激光照射含Ni/Co催 化剂颗粒的石墨靶，获得高质量的单壁碳纳米 管管束。这种方法易于连续生产，但制备出的 碳纳米管的纯度低，易缠结，且需要昂贵的激 光器，耗费大。
碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量 子材料，径向尺寸为2~20nm，轴向尺寸 为微米量级、管子两端基本上都封口主要 由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十 层的同轴圆管。
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碳纳米管也可以看成是由石墨层卷曲而成 的圆柱形管状物。 碳纳米管可以分为多壁碳纳米管和单壁碳 纳米管两类。 多壁碳纳米管：由多层石墨卷曲而成的一 组同轴圆柱形管。 单壁碳纳米管：由一层石墨卷曲而成的一 个圆柱形管。
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碳纳米管的主要性质
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二、制备方法
➲ 电弧放电法。（已用于工业化生产） ➲ 激光蒸发法。 ➲ 化学气相沉淀法。 ➲ 太阳能法。 ➲ 火焰法。 ➲ 增强等离子体热流体化学化学蒸气分解沉法。 ➲ 等离子体法。 ➲ 水热法。 ➲ 超临界流体技术。 ➲ 固相复分解反应制备法。…………
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➲ 碳源 石墨是最早也是最容易获得的碳源。激光法、电弧 法中常以石墨靶为碳源，后来随着碳纳米管制备技 术的发展，纳米管的碳源也可从各种含碳物质的热 解或转化来制得。含碳和氢，以及混杂有氧、氮、 硫等其它杂质的有机化合物，低沸点的有机金属化 合物(如各种金属茂、金属酞脊等)，在加热时，特 别是催化加热时通过歧化或炭化转化为高碳或纯碳 材料，然后在合适的条件下部分或完全转化成碳纳 米管。根据碳源的物理形态可以设计相应的实验。 如石墨可用作电弧法和激光蒸发法。co,烃类气体适 用于各类CVD法、低沸点的金属茂、金属酞菁等也 可通过加热升华后用于CVD法;苯、金属茂、金属酞 菁等经有机溶剂溶解，利用溶胶-凝胶技术和载体均
➲ 激光蒸发法
.
Smalley 等制备C60时，在电极中加入一 定量的催化剂，得到了单壁碳纳米管。Thess 等改进实验条件，采用该方法首次得到相对较 大数量的单壁碳纳米管。实验在1 473 K条件 下，采用50 ns的双脉冲激光照射含Ni/Co催 化剂颗粒的石墨靶，获得高质量的单壁碳纳米 管管束。这种方法易于连续生产，但制备出的 碳纳米管的纯度低，易缠结，且需要昂贵的激 光器，耗费大。
碳纳米管应用于吸附和吸波材料优质课件
用于吸碳附纳t和t米吸管波材料
主讲人：关丽涛
1 特殊吸附材料
原因
水中很多微量重金属元素或微量的有机物对 人体非常有害,但常规
的吸收剂很难满足要求 .
碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 采用 KOH进行活化处理,可使碳纳米管的微波吸收能力加强, 吸收频率宽化. 清华大学的宋泳制备出碳纳米管复合涂层吸波材料 . 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 采用 KOH进行活化处理,可使碳纳米管的微波吸收能力加强, 吸收频率宽化. 水中很多微量重金属元素或微量的有机物对 人体非常有害,但常规的吸收剂很难满足要求 . 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 清华大学的宋泳制备出碳纳米管复合涂层吸波材料 . 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 清华大学的宋泳制备出碳纳米管复合涂层吸波材料 . 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料.
1 特殊吸附材料
试验 王曙光等发现碳纳米管负载氧化铝复合材料在 水中除氟能力是活 性碳负载 α-Al2 O3 的 15 ～ 25 倍 ,是活性碳负载 γ-Al2O3 的 3 ～ 4.5碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料 或暗室吸波材料.采用 KOH进行活化处理,可使碳纳米管的微波吸收能力 水中很多微量重金属元素或微量的有机物对 人体非常有害,但常规的吸收剂很难满足要求 .
主讲人：关丽涛
1 特殊吸附材料
原因
水中很多微量重金属元素或微量的有机物对 人体非常有害,但常规
的吸收剂很难满足要求 .
碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 采用 KOH进行活化处理,可使碳纳米管的微波吸收能力加强, 吸收频率宽化. 清华大学的宋泳制备出碳纳米管复合涂层吸波材料 . 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 采用 KOH进行活化处理,可使碳纳米管的微波吸收能力加强, 吸收频率宽化. 水中很多微量重金属元素或微量的有机物对 人体非常有害,但常规的吸收剂很难满足要求 . 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 清华大学的宋泳制备出碳纳米管复合涂层吸波材料 . 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 清华大学的宋泳制备出碳纳米管复合涂层吸波材料 . 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料.
1 特殊吸附材料
试验 王曙光等发现碳纳米管负载氧化铝复合材料在 水中除氟能力是活 性碳负载 α-Al2 O3 的 15 ～ 25 倍 ,是活性碳负载 γ-Al2O3 的 3 ～ 4.5碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料 或暗室吸波材料.采用 KOH进行活化处理,可使碳纳米管的微波吸收能力 水中很多微量重金属元素或微量的有机物对 人体非常有害,但常规的吸收剂很难满足要求 .
碳纳米管的应用及原理
碳纳米管的应用及原理1. 碳纳米管的定义和结构•碳纳米管是由碳原子构成的纳米材料，具有管状结构。
•碳纳米管可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种结构。
•单壁碳纳米管由一个或数个层的碳原子螺旋而成，多壁碳纳米管则是由多个同心管层构成。
2. 碳纳米管的制备方法•弧放电法：通过在高温下对碳材料进行电弧放电，产生碳纳米管。
•化学气相沉积法：通过气相反应，在催化剂的作用下生成碳纳米管。
•化学气相氧化法：通过将碳材料在气相氧化条件下进行氧化，生成碳纳米管。
3. 碳纳米管的应用领域3.1 电子器件•碳纳米管作为晶体管的替代材料，用于制造更小、更快的电子器件。
•碳纳米管晶体管具有优异的导电性能和较小的尺寸，可用于构建高密度的集成电路。
3.2 能源存储•碳纳米管可以用作电容器的电极材料，具有高比表面积和良好的电导性能，可用于高性能超级电容器和锂离子电池。
3.3 复合材料•碳纳米管可以与其他材料复合，形成高强度、高导热性能的复合材料。
•碳纳米管复合材料被广泛应用于航空航天、汽车制造和建筑材料等领域。
3.4 生物医学•碳纳米管可以用作药物传递系统，通过改变表面性质和结构，实现对药物的控制释放。
•碳纳米管还可以用于组织工程和生物传感器等生物医学应用。
4. 碳纳米管的原理•碳纳米管的特殊性质与其结构密切相关，具体原理如下： ### 4.1 共价键结构•碳纳米管由碳原子共价键构成，共价键的特性决定了碳纳米管的稳定性和强度。
### 4.2 π-电子共轭结构•碳纳米管的π-电子共轭结构使其具有导电性能，可用于电子器件和能源存储。
### 4.3 杂质掺杂•在碳纳米管中引入不同的杂质，可以改变其导电性能、光学性质和化学性质，拓展了其应用领域。
5. 总结•碳纳米管作为一种重要的纳米材料，具有广泛的应用前景。
•通过不同的制备方法和控制条件，可以得到具有不同结构和性质的碳纳米管。
•碳纳米管的应用领域包括电子器件、能源存储、复合材料和生物医学等。
纳米材料及纳米技术应用PPT课件
02
03
生物检测
纳米材料可以作为药物的载体， 实现药物的精准传输和定向释放， 提高治疗效果并降低副作用。
纳米材料可以增强医学成像的效 果，提高诊断的准确性和可靠性。
纳米材料可以用于检测生物标志 物和病原体，快速、准确地诊断 疾病。
环境领域
空气净化
纳米材料可以用于空气过滤和净化，去除空气中的有 害物质和异味。
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03 纳米技术的应用领域
能源领域
高效电池
01
纳米技术可以改善电池的能量密度和充电速度，提高电池的效
率和寿命。
太阳能利用
02
纳米结构可以增强太阳能电池的光吸收和光电转换效率，降低
成本并提高发电量。
燃料电池
03
纳米材料可以提高燃料电池的效率和稳定性，降低燃料电池的
重量和体积。
医疗领域
01
药物传输
医学成像
水处理
纳米技术可以用于水处理，去除水中的有害物质和杂 质，提高水质和安全性。
土壤修复
纳米材料可以用于土壤修复，去除土壤中的重金属和 有害物质，降低土壤污染的风险。
04 纳米材料的安全与伦理问 题
纳米材料对环境和生态系统的影响
纳米材料在环境中的迁移 和转化
纳米材料在土壤、水体和大气中的分布、转 化和归趋，可能对生态系统产生影响。
2000年代以后，随着技术的不 断进步和应用领域的扩大，纳 米科技逐渐成为全球科技领域 的研究热点。
02 纳米材料的基本特性
小尺寸效应
总结词
随着纳米材料尺寸的减小，其物理、化学和机械性能发生变化的现象。
详细描述
当物质尺寸减小到纳米量级时，由于量子尺寸效应和表面效应的影响，纳米材 料的物理、化学和机械性能会发生显著变化，表现出不同于常规材料的特性。
碳纳米管的应用ppt课件
11
导电材料
将碳纳米管均匀地扩散到塑料中，可获得强度更高并具有导电 性能的塑料，可用于静电喷涂和静电消除材料，目前高档汽车的 塑料零件由于采用了这种材料
由于碳纳米管复合材料具有良好的导电性能，不会象绝缘塑料产 生静电堆积，因此是用于静电消除、晶片加工、磁盘制造及洁净 空间等领域的理想材料
当CNTs的管径大于6mm时，导电性能下降；当管径小于6mm时， CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。
12
储氢材料 氢气在未来的能源方面将扮演一个很重要的角色，
它在释放能量的过程中不会引起空气的污染和导致 温室效应，但目前仍然没有一个实用的办法存储和 运输氢气，而这对氢气能源的实用化是十分重要的。
最近的研究表明，碳纳米管非常适合于作为储氢材 料。由于碳纳米管具有独特的纳米级尺寸和中空结 构，具有更大的表面积，相对于常用的吸附剂活性 炭而言，具有更大的氢气吸附能力。
14
储存器 由于优异的化学稳定性（C-C键，
无悬空键） 因此碳纳米管具有化学惰性，经
历充放电不发生化学作用。因此， 数据保存在这样的一个存储器中 可以拥有更长的保存时间。
15
四、碳纳米管的新应用发现
麻省理工大科学家发现，在电池一 端电极使用含碳纳米管可以比现在 的锂电池蓄存更多的电力 。这种电 池在充电效率及蓄电能力远比目前 最高端的锂电池更优良。科新研发 的含碳纳米管电池进行1000次充 放电实验。结果在经历1000次充 放电后，含碳纳米管电池内的物质 属性变化极微，电池蓄电力丝毫未
9
电磁干扰屏蔽材料及隐形材料 碳纳米管是一种有前途的理想微波吸收剂,可用于 隐形材料、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料。碳纳米 管对红外和电磁波有隐身作用。
10
超级电容器 作为电双层电容电极材料，要
导电材料
将碳纳米管均匀地扩散到塑料中，可获得强度更高并具有导电 性能的塑料，可用于静电喷涂和静电消除材料，目前高档汽车的 塑料零件由于采用了这种材料
由于碳纳米管复合材料具有良好的导电性能，不会象绝缘塑料产 生静电堆积，因此是用于静电消除、晶片加工、磁盘制造及洁净 空间等领域的理想材料
当CNTs的管径大于6mm时，导电性能下降；当管径小于6mm时， CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。
12
储氢材料 氢气在未来的能源方面将扮演一个很重要的角色，
它在释放能量的过程中不会引起空气的污染和导致 温室效应，但目前仍然没有一个实用的办法存储和 运输氢气，而这对氢气能源的实用化是十分重要的。
最近的研究表明，碳纳米管非常适合于作为储氢材 料。由于碳纳米管具有独特的纳米级尺寸和中空结 构，具有更大的表面积，相对于常用的吸附剂活性 炭而言，具有更大的氢气吸附能力。
14
储存器 由于优异的化学稳定性（C-C键，
无悬空键） 因此碳纳米管具有化学惰性，经
历充放电不发生化学作用。因此， 数据保存在这样的一个存储器中 可以拥有更长的保存时间。
15
四、碳纳米管的新应用发现
麻省理工大科学家发现，在电池一 端电极使用含碳纳米管可以比现在 的锂电池蓄存更多的电力 。这种电 池在充电效率及蓄电能力远比目前 最高端的锂电池更优良。科新研发 的含碳纳米管电池进行1000次充 放电实验。结果在经历1000次充 放电后，含碳纳米管电池内的物质 属性变化极微，电池蓄电力丝毫未
9
电磁干扰屏蔽材料及隐形材料 碳纳米管是一种有前途的理想微波吸收剂,可用于 隐形材料、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料。碳纳米 管对红外和电磁波有隐身作用。
10
超级电容器 作为电双层电容电极材料，要
碳纳米材料的制备和应用
碳纳米材料的制备和应用碳纳米材料是指尺寸在1至100纳米之间的碳材料，具有特殊的物理和化学特性，在电子、光电、光学及物理化学等领域具有广泛的应用。
本文将介绍碳纳米材料的制备技术和应用领域。
一、碳纳米材料的制备技术碳纳米材料的制备技术可分为两类：自下而上和自上而下。
自下而上的制备方法是指从碳原子开始，逐步合成出碳纳米材料，其中主要包括化学气相沉积、电子束辐照和溶胶-凝胶法等。
自上而下的制备方法是指从大分子结构开始，通过削减、切割等方式来制备碳纳米材料，其中主要包括机械剥离法、化学氧化剥离法和电化学剥离法等。
1.化学气相沉积（CVD）化学气相沉积是一种将气态碳源分解并在衬底表面上沉积成碳纳米材料的方法。
常用的气态碳源有甲烷、乙烯、乙炔、苯等。
在CVD反应中，碳源触碰热衬底表面后产生热裂解，并沉积为纳米级的碳材料。
这种方法可以制备出具有良好导电性、优良光催化性质和热稳定性的碳纳米管等。
2.电子束辐照电子束辐照是将电子束照射在石墨材料表面，并形成非平面的碳结构。
通过辐照后的样品热处理，有可能制备出具有较高表面积的多壁碳纳米管等。
电子束辐照技术制备的碳纳米材料成本低、成品纯度高、易于量产。
3.溶胶-凝胶法通过稳定的胶体反应，改变溶剂中的物理状态，使其经历溶解、胶化、干燥、热解等依次过程，最终获得纳米结构材料。
这种方法可以制备出具有良好光、电、磁等性能的碳纳米粒子和薄膜。
以上三种制备方法是目前最常用的碳纳米材料制备技术，它们都各自具有一些优点和缺点，因此在实际应用中应根据需要选择适合的方法。
二、碳纳米材料的应用领域1. 电子学由于碳纳米材料具有优异的电学性能，提高了电子器件装配的性能。
当碳原子被组合成焦炭合适的方式时，它们就能形成高导电和低阻抗的电极，这种结构能够满足极小型化的需求，在纳米chip、管道、晶体管等微型电子元件中有着广泛的应用。
2. 材料化学碳纳米材料在材料科学领域被广泛应用。
比如，碳纳米管可以用作吸附剂去除有机污染物。
纳米材料简介及其应用ppt课件
ppt课件
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
(2) 纳米科技将引发一场新的工业革命
• 纳米技术是80年代初迅 速发展起来的前沿学科， 它使人们认识、改造微观 世界的水平提高到了一个 新的高度。纳米技术将用 于下一代的微电子器件即 纳米电子器件，使未来的 电脑、电视机、卫星、机 器人等的体积变得越来越 小.
其次，由于纳米科技是对人 类认知领域新疆域的开拓，人 类将面临对新理论和新发现重 新学习和理解的任务。
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
再次，从人类未来发展的角度看，可持续发展将是人 类社会进步的唯一选择。纳米科技推动产品的微型化、高 性能化和与环境友好化，这将极大节约资源和能源，减少 人类对其过分依赖，并促进生态环境的改善。这将在新的 层次上为可持续发展的理论变为现实提供物质和技术保证。
ppt课件
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
纳米电子器件中最有应用前景的是量子元器件。这 种利用量子效应制作的器件不仅体积小，还具有高速、 低耗和电路简化的特点。纳米电子学中另一个有趣的研 究热点是所谓的单电子器件,在单电子器件中，利用库仑 阻塞效应，甚至能够对电子一个一个的加以控制，这有 可能开发出单电子的数字电路或存储器。开发单电子晶 体管, 只要控制一个电子的行动即可完成特定功能,使功耗 降低到原来的1000—10000分之一。
纳米材料的制备方法及其应用ppt课件
严 格 执 行 突 发事件 上报制 度、校 外活动 报批制 度等相 关规章 制度。 做到及 时发现 、制止 、汇报 并处理 各类违 纪行为 或突发 事件。
（7）电阻加热法
图 电阻加热制备纳米微粒的实验装置图
严 格 执 行 突 发事件 上报制 度、校 外活动 报批制 度等相 关规章 制度。 做到及 时发现 、制止 、汇报 并处理 各类违 纪行为 或突发 事件。
（6）电子束照射法
是利用高能电子束照射母材(一般为金属氧化 物如Al2O3 等)，表层的金属-氧(如Al-O键)被高 能电子“切断”，蒸发的金属原子通过瞬间 冷凝、成核、长大，最后形成纳米金属(如Al) 粉末。 ❖ 目前该方法仅限于获得纳米金属粉末。
严 格 执 行 突 发事件 上报制 度、校 外活动 报批制 度等相 关规章 制度。 做到及 时发现 、制止 、汇报 并处理 各类违 纪行为 或突发 事件。
严 格 执 行 突 发事件 上报制 度、校 外活动 报批制 度等相 关规章 制度。 做到及 时发现 、制止 、汇报 并处理 各类违 纪行为 或突发 事件。
1、沉淀法
它是将沉淀剂（OH－、CO32－、SO42－等）加入到金 属盐溶液中进行沉淀处理，再将沉淀物过滤、干燥、 煅烧，就制得纳米级化合物粉末，是典型的液相法。 主要用于制备纳米级金属氧化物粉末。它又包括均相
严 格 执 行 突 发事件 上报制 度、校 外活动 报批制 度等相 关规章 制度。 做到及 时发现 、制止 、汇报 并处理 各类违 纪行为 或突发 事件。
热蒸镀法制备的纳米Si粒子 在GaSb基板以自组成法制成的粒子
严 格 执 行 突 发事件 上报制 度、校 外活动 报批制 度等相 关规章 制度。 做到及 时发现 、制止 、汇报 并处理 各类违 纪行为 或突发 事件。
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。
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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
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• 又叫巴基管，碳的同素异形体
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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。
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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
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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。
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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Part 4
模板孔道形状整齐,孔密度较高,孔径可从几十纳米到
几微米。
Part 1 Part 2 Part 3
纳米孔模板
(5) 多孔硅酸盐 (6) 纳米多孔单晶云母
Part 4采用高Leabharlann 粒子轰击云母片产生一定深度的粒子痕
迹,而后用20 %的氢氟酸刻蚀即得多孔单晶云母 (nanoporous single crystal mica film) 模板。
采用电化学刻蚀的方法在单晶硅表面形成多孔硅,其
孔径约3 nm。在该模板上沉积5 nm 铁层,然后采 用化学气相沉积可制备碳纳米管阵列。
Part 4
Part 1 Part 2 Part 3
纳米结构模板
(1) 生物模板 许多生物体结构单元在纳米范围,如DNA 分子是直 径约2 nm 的双螺旋体,且具有线型、环型等拓朴结
模板法的优点：
(1) 多数模板不仅可以方便地合成,而且其性质可在广泛范围内精确调 控； (2)合成过程相对简单,很多方法适合批量生产； (3) 可同时解决纳米材料的尺寸与形状控制及分散稳定性问题； (4) 特别适合一维纳米材料, 如纳米线(nanowires ,NW) 、纳米管 ( nanotubes , NT) 和纳米带(nanobelts) 的合成。
Thank you
Part 4
单壁碳纳米管
多壁碳纳米管
Part 1 Part 2 Part 3
聚集体模板
相对于上面所述的硬模板(hard template) ,聚集
体模板也称作软模板(soft template) ,常用的有溶致 液晶、胶团、反胶团、囊泡等。 硬模板和软模板都能够提供纳米尺寸的反应空间, 所不同的是软模板的孔道是动态的,物质可以通过腔 壁扩散进出。
(AAO) 是通过电化学氧
化的方法在纯铝表面形 成的具有高度规整结构
的 氧 化 铝 薄 膜 。
在0. 3 mol dm- 3草酸溶液中制备的多 孔氧化铝模板
用AAO 模板采用电沉积法制备金纳米线阵列的过程
Part 1 Part 2 Part 3
纳米孔模板
（2）痕迹刻蚀聚合物模板 （TEPM）
Part 4
子链,该链可相互结合成直径2 —100nm的线束 (nanowire bundles) 。该链具有还原性,可直接还原
Part 4
沉积金属离子( 如AuCl4 、Ag+ 、PtCl42-、
PdCl42- ) ,而模板本身被氧化成Mo3Se3 而溶解。
-
Part 1 Part 2 Part 3
纳米结构模板
Part 4
与AAO 模板相比,该模板底 部无阻挡层,可直接与底材电流 接触,便于采用电化学沉积法制 备纳米材料。
自组装双段共聚物模板的制备过程
Part 1 Part 2 Part 3
纳米孔模板
(4) 纳米孔玻璃 将经过酸刻蚀处理的玻璃丝堆积成束,经高温拉伸形成 纳米孔,即得纳米孔玻璃( nanochannel glass)。该
用核裂变碎片轰击6 — 10μm 厚的聚碳酸酯、聚 酯或聚乙烯醇等高分子膜, 使膜出现损伤,然后用化学 法使损伤痕迹腐蚀发展成 纳米孔道即得痕迹刻蚀聚 合物模板。
聚碳酸酯聚合物模板
Part 1 Part 2 Part 3
纳米孔模板
(3) 共聚物模板(copolymer templates) 将直径14 nm的六方柱形聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 堆积于聚苯乙烯( PS) 母体中,放在导电基材上施加 30 —40 Vμm- 1 的直流电场,在165 ℃保温14h ,冷 却后用紫外光照射,草酸溶解,可得孔径14 nm、厚 1μm、孔密度119 ×1011 cm- 2的自组装双段共聚 物模板。
Part 4
目前，研究的重点已经转移到碳纳米管 的较大批量生产及其应用领域。
Part 1 Part 2 Part 3
引言：
20 世纪80 年代美国科罗拉多州立大学化学系Martin 教授领导的研究组首创性地将模板法应用于纳米材料的 合成。 纳米材料引起人们广泛的兴趣,模板法也因而发展成为 最重要的纳米材料合成方法。
Part 4
Part 1 Part 2 Part 3
晶面台阶模板
采用晶面台阶合成纳米材料的方法主要用于合成
纳米带(nanobelts) 和纳米带阵列。 晶面台阶模板法的基本原理是金属或其它材料可 在单晶表面的原子台阶上进行选择性沉积。
Part 4
模板合成的未来发展
Part 1 Part 2 Part 3
模板在纳米材料合成中的应用
邹芸珂
41070094 金融102
Part 1 Part 2 Part 3
引言：
自Krolo和Smalley于1985年发现碳纳米管,以及NEC 公司电镜专家用电弧法制作C60时生产出第一根碳纳米管 以来，在世界范围内掀起一股碳纳米管热。 到目前，关于碳纳米管本身特性及生产方法的研究已取 得重大进展．开始进入到碳纳米管批量生产及碳纳米管 的广泛应用方面。
Part 1 Part 2 Part 3 Part 4
运用
模板制
备特殊 性质的
将模板合成与
分子自组装等技
术结合,制备具有
Conclusion
开发新型模板 必
将是纳米材料合
导电聚
合物 仍
是具有 挑战性 的工 作。
特殊结构和性质
的纳米材料将是 今后纳米材料制 备的另一个热 点。
成中长盛不衰的
主题之一。
Part 4
构；烟草花叶病毒是长300 nm、直径18nm 的棒
状体。这些具有纳米形貌的物质都可作为生物模板 (biological template) 。
Part 1 Part 2 Part 3
纳米结构模板
(2)MMo3 Se3 模板
将MMo3 Se3 溶于极性溶剂可形成长的[Mo3Se- ]n 分 3
超顺磁粒子悬浮体在磁场下形成的柱状结构
Part 4
Part 1 Part 2 Part 3
Part 4
传统的模板一般为绝缘体,有关金属纳米孔模板的研究和 报道还非常少见,实际上在金属孔道阵列中制备半导体纳米 点、纳米线阵列,有可能在显示、储存、催化、光电转换等 领域有重要的应用前景,因此有必要进一步开发新型金属模 板。 另外,模板合成中最具有挑战性的工作之一是如何复制模 板。采用模板法制备功能化纳米阵列,合成纳米功能模块在 用于电子工业时其完全相同的结构是进行规模化生产的前 提。 目前所有已知的孔道阵列模板都是独立合成 的,虽然自身 具有足够的规整性,但两个模板之间却毫无对应关系可言,更 达不到在原子或纳米级完全复制模板 的要求。
Part 4
模板合成是公认的合成纳米材料及纳米 阵列(nanoarrays) 的最理想方法。
Part 1 Part 2 Part 3
模板合成(template synthesis) ：
将具有纳米结构、价廉易得、形状容易控制的物质作为模子 (template) ,通过物理或化学的方法将相关材料沉积到模板的孔中或表 面,而后移去模板,得到具有模板规范形貌与尺寸的纳米材料的过程。
模板既是模板合成的物质基础又是控制合成
纳米材料形貌和性能的重要途径,因此开发性能
优良、适合批量生产 的新型模板 将是模板合
成重要的研究内容之一。
另外,由于模板合成的独特优势,其在纳电子
Part 4
线路制作 和纳电子学 研究领域必将发挥更大
的作用。
目前已开发的模板要满足大规模、均一性的要求还有 相当难度,特别是合成游离(free2standing) 、均一性、长的 纳米线 和制备纳米管的方法还十分匮乏。
然而在模板的孔道或表面合成纳米材料后, 如何去除模 板也是必须考虑的问题,溶剂溶解、化学溶解、煅烧等方 法往往很难保证在去除模板的同时不对所合成的纳米材 料的形貌和性质产生不良影响。
Part 1 Part 2 Part 3
解决方法之一就是寻找一种模板,在需要时可以以具有 规则形貌和有序结构的形式出现,不需要时可方便地转化 为小的容易去除的微粒。 Doyle 等人发现在均一、恒 定磁场作用下,超顺磁性粒子 ( super2paramagnetic particles) 可自组织为固定 的、准一维结构的柱状序列, 而一旦磁场关闭这些粒子会立 即恢复为液态悬浮体系,这为 实现上述设想提供了可能。
Part 1 Part 2 Part 3
纳米孔模板
(7) 光致刻蚀图形模板
用光致刻蚀的几何图形作模板,使聚合物胶粒流过
时被模板捕获,可合成具有复杂形状的聚集体 (complex2shaped aggregates) 。
Part 4
Part 1 Part 2 Part 3
纳米孔模板
(8) 多孔硅模板
Part 4
Part 1 Part 2
性能优异的模板是模板合成的关键。
用于合成纳米材料的模板多种多样,大致可分为：
Part 3
纳米孔模板
Part 4
纳米结构模板
软模板
晶面台阶模板
Part 1 Part 2 Part 3
纳米孔模板
(1) 多孔阳极氧化铝膜
多孔阳极氧化铝膜
Part 4
(3) 碳纳米管
碳纳米管(carbon nanotubes) 是一层或若干层石墨碳原子卷
曲形成的笼状纤维,可由直流电弧放电、激光烧蚀、化学气 相沉积等方法合成,直径一般为014 —20 nm ,管间距0134 nm 左右,长度可从几十纳米到毫米级甚至厘米级,分为单壁碳纳 米管( single2walled carbon nanotubes) 和多壁碳纳米管 (multi2walled carbon nanotubes) 两种。