文档介绍：纳米材料导论主讲教师:丁秉钧西安交通大学,理学院XI’ANJIAOTONGUNIVERSITY第八章碳纳米材料 ——,纳米材料中不可或缺的一员第二节金刚石,富勒烯C60(Diamond&Fullerene)第三节碳纳米管(Carbonnanotube,T)第四节石墨烯(Graphene)第一节碳,纳米材料中不可或缺的一员碳是一种很常见的元素,它以多种形式广泛存在于大气和地壳之中。它在地球中的丰度居元素的第14位。碳单质很早就被人认识和利用,碳的一系列化合物——有机物更是生命的根本。碳是生铁、熟铁和钢的成分之一。碳能在化学上自我结合而形成大量化合物,在生物上和商业上是重要的分子。生物体内大多数分子都含有碳元素。本章只讨论碳单质纳米材料单质碳纳米材料的分类富勒烯,或巴基球(C50、C60、C70、C76、C80、C82、C84、C90、C94等)碳纳米管(单壁,多壁)洋葱碳及其相关结构纳米金刚石金刚石薄膜碳的同素异性体碳的同素异形体“相”图碳纳米材料的结构和化学键碳原子的核外电子层结构:1s22s22p2可能的三种杂化形式:sp、sp2和sp3(spn杂化)以共价键方式结合:单键,双键和叁键原子可按链型、环形、网状等互相形成各类结构碳材料存在各种形态的原因——化学键石墨及其结构石墨的结构早在1917年就已经被Debye,Scherrer,Grimm,Otto,和Bernal等人标定证明了。石墨的基本组成单元为石墨烯(graphene)在石墨烯中,每个碳原子都占据一个六边形的顶角。由于sp2杂化,每个碳原子都有三个σ键。键的沿着六边形的边方向与邻近三个原子相连,组成一个二维的原子面多层石墨烯靠范德华力结合在一起,行成层状结构的石墨石墨烯通过ABABA的堆积方式行成了六角柱型石墨结构,被称为a石墨石墨烯通过ABCABCA的堆积方式形成了斜方六面体结构,被称为b石墨石墨烯内的最近邻原子间距::(约为2倍范德华半径),所以石墨片层间很容易滑动,被用作固体润滑剂石墨的成因和产状天然石墨:石墨是在高温下形成。分布最广是石墨的变质矿床,系由富含有机质或碳质的沉积岩经区域变质作用而成。天然石墨主要分布于: 中国:山东省莱西市为我国石墨重要产地之一,,。世界:著名产地:纽约Ticonderoga,马达加斯加和Ceylon,我国以黑龙江鸡西市柳毛为最大的产地。人造石墨,也就是特种石墨。按其成型的方式可分为以下几种。等静压石墨。模压石墨挤压石墨,多为电极材料。石墨的物理性质耐高温型:石墨的熔点为3850±50℃,沸点为4250℃,石墨强度随温度提高而加强。热膨胀系数也很小。导电、导热性:石墨的导电性比一般非金属矿高一百倍。导热性超过钢、铁、铅等金属材料。导热系数随温度升高而降低,甚至在极高的温度下,石墨成绝热体。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。润滑性:石墨的润滑性能取决于石墨鳞片的大小,鳞片越大,摩擦系数越小,润滑性能越好。化学稳定性:石墨在常温下有良好的化学稳定性,能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。可塑性:石墨的韧性好,可碾成很薄的薄片。抗热震性:石墨在常温下使用时能经受住温度的剧烈变化而不致破坏,温度突变时,石墨的体积变化不大,不会产生裂纹。