碳材料科学[专业知识]

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Ordered Mesoporous Carbons from the Carbonization of as-synthesized Silica/Sucrose/Triblock copolymer Nanocomposites
碳的六方有序孔道
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锂离子二次电池电极材料
电流
正极
隔膜
电子 负极
报告题目：We and高等C教育arbon
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第一部分 绪言
一、炭材料的多样性
1、碳的多样性
碳元素的产生； 太阳系产生热核反应中“碳、氮循环”； 地球上碳产生生物学、硅产生地学，碳是
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。
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C 的存在
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。
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炭纤维
纳米管/树脂复合材料
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炭微球 C/C复合材料
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金属填充富勒烯
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金刚石
金刚石薄膜
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1990年和1991年金刚石和C60分获Science明星分 子；
炭材料科学
Science of Carbon Materials
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研究方向 碳纳米材料、新能源材料和介孔炭材料
研究目标—主要定位于前沿性先进炭材料的研究 合成、形成机理、结构设计、性能及应用
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主要研究方向
以石油重油、煤焦油 重质芳烃、聚合物等为原料
碳纳米材料及纳米复合材料
1、碳包覆纳米金属晶的形成及转化
第六部分 炭科学研究的新进展（4-6学时）
一、金刚石薄膜
二、富勒烯与纳米洋葱
三、纳米碳管 四、碳包覆纳米金属晶
Βιβλιοθήκη Baidu
考试：2学时
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考核：
1、出勤计入成绩（权重10%）；
2、平时作业/报告成绩（权重20 %）；
2、期末试卷考试（权重70% ）。
要求： 1、有事请假； 2、课上认真听讲； 3、课上认真作笔记，课下找相关参考书复习； 3、不明白的地方一定设法弄明白。
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
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。
锂离子电池现已广泛 用作诸如移动电话、 便携式电脑、摄像机、 照相机等袖珍贵重家 用电器的电源，并已 在航空、航天、航海、 人造卫星及军用通讯 设备领域中逐渐替代 传统的电池。
1、发展电动汽车用大容量锂离子电池； 2、开发及使用新的高性能电极材料； 3、加速聚合物锂离子电池的实用化进程
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课程简介
20nm
HREM images of carbon encapsulated iron nanorods from YD heated at 480 ℃ in the presence of ferrocene content of 40.0 wt. %
The iron full-filled carbon nanorubes
通过对炭科学基础理论和多样炭结构、性能和形成机理的 介绍，使学生掌握炭材料的基本结构、性能、成炭原理和应用 领域，并对炭科学的发展趋势和新型炭材料的开发有一初步了 解。
课程编号:MSE515 学时：40 学分：2.5
第一部分 碳的多样性，
碳科学的形成、发展与核心问题（4学时）
第二部分 碳的结构与性质（8学时）
—金属颗粒和金属线
2、碳纳米洋葱（实心和空心）
3、纳米碳管、石墨烯及其树脂基复 合材料
新型能源炭材料
4、介孔碳材料（有序，气凝胶）
1、Li+电池负极材料炭材料的设计
—炭基材料（天然石墨、树脂炭、碳管、石墨烯等）
2、大功率充放动力型锂电池电极材料
3、超级电容器电极材料
—纳米碳/金属复合材料
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高导热材料,发泡炭、高级粘 结剂、浸渍剂、炭纳米材料
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炭 微 球
炭 纤 维
针 状 焦
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HREM images of carbon encapsulated iron
nanomaterials from YD heated at 480 ℃高等in教t育he
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presence of ferrocene content of 13.0 wt. %
1996年 美国Rice大学 R F Curl R. E. Smalley
英国Sussex 大学 H. W. Kroto
富勒烯C60
2000年美国科学家A. J. Heeger A. G. MacDiamid
日本科学家H Shirakawa(白川英树)
导电聚合物
2010年英国 A Geim and K Novoselov 石墨烯
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The Nobel Prize in Chemistry 1996 "for their discovery of fullerenes"
★ 基本结晶形式-金刚石、石墨、富勒烯、咔宾
★ 碳的结构 ★ 碳的特性
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课程内容-1 9
课程内容-2
第三部分 有机化合物的炭化途径（16-18学时）
一、气相炭化（4学时） 二、液相炭化—中间相理论与应用（8学时） 三、固相炭化与多相炭化（4学时）
第四部分 炭的表面化学（4学时）
第五部分 石墨层间化合物（2学时）
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
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温度升高
Ne Na Mg O S Si P…
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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。
Length: 150-250 nm Diameter: 30-40 nm
Carbon shell: 5-8 nm
Highly dispersed
Straightly No entangled network
Metal species were continuousl高y 等fi教ll育ed in carbon shells.