炭质功能材料复习提纲

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1、炭质功能材料参考资料材料科学与工程考试形式笔试开卷考试时间和地点时间：2018年6月？日地点：第二公教题型与分数分布简答题1・碳原子的基本结构、杂化轨道。碳原子carbon元素原子量12.011质子数6第二周期第IVA族主族电子层分布2-42•碳的主要同素异形体、结构熔点约为3550°C（金刚石）,沸点约为4827°C（升华）固态；黑色（石墨），无色（金刚石）金刚石SP'杂化石墨SA杂化+□键富勒烯SP2+SP3杂化卡宾SP杂化+2n键种类有：炭黑，柔性石墨，块状石墨，金刚石，多孔炭，碳纤维，纳米碳纤维，纳米碳管，富勒烯，石墨烯。金刚石的物理性质：金刚石的莫氏硬度

2、为10级；密度一般为3.470-3.560g/cm3；传热导在室温时为铜的5倍（导热率:2000W/m・K）;金刚石的熔点为3550°C;热膨胀系数极小，0°C时为5.6X10-7;金刚石还具有非磁性，不良导电性，亲油疏水性和摩擦生电性等。金刚石的化学性质：化学性质稳定，具有耐酸性和耐碱性；高温下不与浓HF、HCLHNO3作用；在空气中为850-1000°C,在绝氧下2000-3000°C转变为石墨。在绝氧中燃点为720-800°Co3.纳米炭纤维纳米碳纤维：一种一维炭纳米材料，CNF在直径上要小于500nm,具有圆形截面。纳米炭纤维制备方法：化学气相沉积法（此法

3、又分为喷淋法，基体法，等离子CVD法），静电纺丝法，固相合成法，聚合物模板法，火焰法，电弧法，聚合物共混纺丝法，水热/溶剂热法。化学气相沉积法的影响因素：碳源，催化剂（大小、形状）催化助剂，反应温度与时间，基体。静电纺丝法影响因素：粘度，浓度，电压，距离，温度，湿度，喷丝方式。纳米碳纤维应用：增强材料，防静电材料，电极材料，储氢材料，催化剂载体，电子器件，电磁屏蔽材料。4•富勒烯、纳米管、石墨烯。纳米管：制备：电弧法、激光溅射法以及化学气相沉积法（将含碳气体分解实现纳米碳管的制备，按照分级含碳气体方式的不同可分为等离子体辅助化学气相沉积法及热解法。在化学气相沉积中

4、，必须使用催化剂，将催化剂种植于衬底上然后再沉积纳米碳管时，可以获得高度定向排列的纳米碳管CVD（ChemicaIVaporDeposition,化学气相沉积）,指把含有构成薄膜元素的气态反应剂或液态反应剂的蒸气及反应所需其它气体引入反应室，在衬底表面发生化学反应生成薄膜的过程。在超大规模集成电路中很多薄膜都是采用CVD方法制备。经过CVD处理后，表面处理膜密着性约提高30%,防止高强力钢的弯曲，拉伸等成形时产生的刮痕。特点：沉积温度低，薄膜成份易控，膜厚与淀积时间成正比，均匀性，重复性好,台阶覆盖性优良。制备的必要条件：1）在沉积温度下，反应物具有足够的蒸气压，

5、并能以适当的速度被引入反应室；2）反应产物除了形成固态薄膜物质外，都必须是挥发性的；3）沉积薄膜和基体材料必须具有足够低的蒸气压。富勒烯：制备示意图：原料也含富勒烯的混合物业常勒烯制备基本原理：方法方法1、气相碳原子——碳原子（冷却）凝结；方法2、催化：有机物裂解；定义：由碳原子组成的球形结构，以S、Cm为代表。S结构：碳原子分布在球形表面，类似于足球外表，碳原子以两个单键和一个双键彼此相连接，直径0.72nm,内腔直径0.36nm,有很高对称性。分子可以形成面心立方结构。固体为深黄色。化学性质：表面分布□电子云，表现缺电子性质；合成：电弧法、热蒸发法、苯燃烧法和

6、化学气相沉积法（CVD）等；多孔炭材料：孔径分类。微孔材料V2nm,介孔材料2-50nm,大孔〉50nm;多孔材料基本表征：孔率，孔径，比表面积。石墨烯：制备：石墨法【分为机械剥离法（胶带剥离，湿法球磨），化学剥离法（石墨层间插层超声剥离）】和非石墨法【气相沉淀法，外延生长法，前驱体法】有机无机物:500・2000°C2000・3000°C5•炭黑、活性炭、石墨炭黑三个基本参数：粒度结构表面化学。生产工艺：1、历史上最早的炭黑生产法是灯黑生产工艺，较宽范围的粒径分布，颗粒粗大,只有少量的表面氧化物；2、气黑的生产工艺，炭黑颗粒很细；3、炉黑生产工艺，是在缺氧条件下

7、的密闭炉中进行的，颗粒很细。活性炭原料广，成本低，工艺完整，简单，可批量生产，吸附性能好孔隙发达，比表面积大。活性的本质：固体表面对气体的吸附作用。物理吸附和化学吸附。又称活性炭黑。是黑色粉末状或颗粒状的无定形碳。活性炭主成分除了碳以外还有氧、氢等元素。这是活性炭为疏水性吸附剂的原因。原料：几乎可以是所有富含碳的有机材料，如煤、木材、果壳、椰壳、核桃壳、杏壳、枣壳等。制备：这些含碳材料在活化炉中，在高温和一定压力下通过热解作用被转换成活性炭。制备方法：模板法（软模板法，硬模板法）。应用：利用先进的造孔技术将活性炭，使其具备与室内有害气体分子大小相匹配的孔隙结构，专

8、用于吸附甲