《碳纳米材料》PPT课件

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1、地球上的生命都是以碳元素为基础的碳元素是神奇的六号元素，其单质的众多同素异形体，从最硬到极软、全吸光到全透光、绝缘体到半导体到导体、绝热到良导热、高临界温度的超导体等。*钻石是已知最硬的矿石；石墨却是最软的矿石之一。*钻石是终极的研磨剂；石墨却是非常好的润滑剂。*钻石是一流的绝缘体；石墨却是良导体。*钻石通常是透明的；石墨却是不透光的。*钻石的结晶是立方晶系；石墨却是六方晶系。*钻石的价值昴贵；石墨却是相当廉价。近二十年来，碳纳米材料一直是科技创新的前沿领域1996年诺贝尔化学奖2010年诺贝尔物理学奖碳纳米材料介绍石海龙碳纳米材料的特

2、性及其应用碳纳米材料发展简史碳纳米材料的分类石墨烯（graphene）富勒烯（fullerene）碳纳米管（carbonnanotube）碳家族1985年发现了巴基球(C60)，又称足球稀；柯尔、克罗托和斯莫利在模拟宇宙长链碳分子的生长研究中，发现了C60。因此，1996年获得诺贝尔化学奖。1991年日本电气公司的S. Iijima在制备C60、对电弧放电后的石墨棒进行观察时，发现圆柱状沉积。空的管状物直径0.7-30 nm，叫Carbon nanotubes，(CNTs碳纳米管）；1992年瑞士洛桑联邦综合工科大学的D.Ugarte

3、等发现了巴基葱；2003年5月4日，日本信州大学和三井物产下属的CNRI子公司研制成功Ф=0.4nm的碳纳米管。同年，日本名古屋大学筱原久典教授制备出了纳米电缆；2004年3月下旬,中国科学院高能物理研究所首次成功合成、分离、表征了单原子数目富勒烯分子C141;2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆和他的学生康斯坦丁·沃肖洛夫等制备出了石墨烯。并获得了今年的诺贝尔物理学奖。碳纳米材料发展简史碳纳米材料的分类金刚石（四面体）石墨（片状结构层状分布）石墨烯（单层片状结构）富勒烯（封闭的笼状结构）巴基球（C50、C60、C70、C76

4、、C80、C82、C84、C90、C94等）巴基葱（多层同心球状结构）巴基管（碳纳米管）比钻石还硬的材料——石墨烯2010年诺贝尔物理学奖安德烈·海姆康斯坦丁·诺沃肖洛夫获奖原因对石墨烯这一世界上最薄材料的开创性研究康斯坦丁·诺沃肖洛夫安德烈·海姆2010年度诺贝尔物理学奖获得者发现Graphene(石墨烯)是2004年由曼彻斯特大学科斯提亚•诺沃谢夫（KostyaNovoselov）和安德烈•盖姆（AndreGeim）发现的，他们使用的是一种被称为机械微应力技术（micromechanicalcleavage）的简单方法。正是这种简单

5、的方法制备出来的简单物质——石墨烯推翻了科学界的一个长久以来的错误认识——任何二维晶体不能在有限的温度下稳定存在。现在石墨烯这种二维晶体不仅可以在室温存在，而且十分稳定的存在于通常的环境下。结构和性能石墨烯是单原子层的石墨石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，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。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

6、“载荷子”(electricchargecarrier)，的性质和相对论性的中微子非常相似。石墨烯中电子的隧道效应：电子波能百分百地发生隧穿，事先在一片石墨烯晶体上人为施加一个电压（相当于一个势垒），然后测定石墨烯的电导率。一般认为，增加了额外的势垒，电阻也会随之增加，但事实并非如此，因为所有的粒子都发生了量子隧道效应，通过率达100%。这也解释了石墨烯的超强导电性：相对论性的载荷子可以在其中完全自由地穿行。石墨烯有相当的不透光率：只有单层原子厚度，却可以吸收大约2.3%的可见光。石墨烯是有史以来被证实的最结实的材料,其强度可达130G

7、Pa。科学家发现了一些只有100分之一头发丝宽度的石墨烯薄片后，他们就开始使用原子尺寸的金属和钻石探针对它们进行穿刺，从而测试它们的强度。让科学家震惊的是，石墨烯比钻石还强硬，它的强度比世界上最好的钢铁还高100倍！如果将一张和食品保鲜膜一样薄的石墨烯薄片覆盖在一只杯子上，然后试图用一支铅笔戳穿它，那么需要一头大象站在铅笔上，才能戳穿只有保鲜膜厚度的石墨烯薄层。石墨烯是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元石墨烯材料的制备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。2、加热SiC法通过加热

8、单晶SiC脱除Si，在单晶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、模板法1988年京谷隆等利用模板法在蒙脱土