七種最有前途的碳材料，你只知道石墨烯

七種最有前途的碳材料，你只知道石墨烯


石墨烯主題：碳材料幾乎包括了地球材料的所有性質(zhì)，如最硬最軟的、絕緣體半導(dǎo)體超導(dǎo)體、絕熱超導(dǎo)熱、吸收總透明度等。21世紀(jì)被稱為超碳時(shí)代。讓我們看看碳材料家族中有哪些重要人物。

由C60表示的富勒烯是空心球形結(jié)構(gòu)。C60由12個(gè)正五邊形和20個(gè)正六邊形組成。就像一個(gè)足球。

最新進(jìn)展：近年來(lái)，中科索沃大選選擇了具有高活性的C60材料作為前體。在500-700℃和氨氣氣氛下，用氫氧化鉀處理，得到了主要由SP2共價(jià)鍵組成的N摻雜多孔炭材料。該材料中N的含量為7.8wt%。在電流密度為100 mA/g時(shí)，該材料的可逆比容量達(dá)到1900 mAh/g，在高電流密度為5a/g時(shí)，比容量達(dá)到600 mAh/g；在電流密度為5a/g時(shí)，平均容量下降率僅為0.03%/次，2000次循環(huán)。

碳纖維是無(wú)機(jī)高分子纖維，含碳量在90%以上。其中，碳含量超過(guò)99%的石墨纖維。碳纖維具有密度低、重量輕、強(qiáng)度高（比鋼大4-5倍）、彈性模量高的特點(diǎn)，其微觀結(jié)構(gòu)與人造石墨相似，是沿纖維軸方向具有高強(qiáng)度的無(wú)序石墨結(jié)構(gòu)。

近期發(fā)展：目前，碳纖維商品化產(chǎn)品的最高強(qiáng)度為7gpa，我國(guó)研發(fā)水平為6.3gpa。新開(kāi)發(fā)的超碳纖維（UCF）是日本Toray Torayca的T2000，強(qiáng)度高達(dá)60 gpa，相當(dāng)于碳纖維理論值（180 gpa）的1/3。

碳納米管（CNT）是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維量子材料（徑向尺寸為納米，軸向尺寸為微米，管兩端密封在底座上）。它們可以看作是由石墨板結(jié)構(gòu)卷起的無(wú)縫空心納米同軸圓柱。兩端由富勒烯半球密封。碳納米管被認(rèn)為是21世紀(jì)最有前途的一維納米材料。

最新進(jìn)展：2017年1月20日，美國(guó)雜志發(fā)表了北京大學(xué)彭連茂等在碳納米管電子領(lǐng)域的世界級(jí)突破。研制出第一個(gè)5納米柵長(zhǎng)高性能碳納米管晶體管，其性能超過(guò)了相同尺寸的硅基CMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，將晶體管性能推向了理論極限。

石墨具有層狀晶體結(jié)構(gòu)。晶體中的碳原子由鍵連接，在同一層上有一個(gè)大的π鍵，一個(gè)碳原子周?chē)挥腥齻€(gè)與其連接的碳原子。碳和碳形成六邊形，無(wú)限多的六邊形形成一層，層與層之間的結(jié)合力很弱，而層中的三個(gè)碳原子很強(qiáng)。

石墨是由排列成蜂窩狀的平面碳原子層堆積而成的。當(dāng)石墨片被剝離成單層時(shí)，只有一個(gè)碳原子厚度的單層是石墨烯。

最新進(jìn)展：2017年2月21日，北京碳世紀(jì)科技有限公司發(fā)布了中國(guó)第一款石墨烯鋰離子充電電池5號(hào)，與普通5號(hào)干電池和充電電池相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。可循環(huán)使用30000次以上，可在-45~60C環(huán)境下使用，這些性能超越普通電池，最重要的是電池可以批量生產(chǎn)，產(chǎn)品的發(fā)布也代表著正式投放市場(chǎng)。

鉆石是最堅(jiān)硬的碳結(jié)構(gòu)。碳原子以晶體結(jié)構(gòu)的形式排列。每一個(gè)碳原子與其它四個(gè)碳原子緊密結(jié)合，最終形成硬度高、活性差的固體。

最近的發(fā)展：歐盟的科學(xué)家和技術(shù)人員利用了納米金剛石的致密表面，沒(méi)有任何物質(zhì)可以通過(guò)它擴(kuò)散。納米金剛石作為一種介于植入物和神經(jīng)組織之間的介質(zhì)材料，有望在人工視網(wǎng)膜植入和磁共振成像（MRI）領(lǐng)域取得重要突破。

碳?xì)饽z是一種具有三維納米結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)多孔碳材料。具有比表面積高、密度低、孔隙率高、孔徑分布好、導(dǎo)電性好等特點(diǎn)。

最新進(jìn)展：2016年1月6日，國(guó)家發(fā)改委將氣凝膠材料列入國(guó)家節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄。

2016年12月5日，東華大學(xué)于建勇等人在超輕生物質(zhì)衍生碳納米纖維氣凝膠的研究上取得突破，采用納米纖維三維重建的新方法構(gòu)建了電紡納米纖維和超輕、超彈性碳納米纖維等新型生物質(zhì)碳源。凝膠劑。氣凝膠具有蜂窩狀的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，固體材料的密度僅為0.14毫克/立方厘米。

最新進(jìn)展：基于激光液體燒蝕（LAL）技術(shù)，中國(guó)科學(xué)院的研究人員成功地獲得了層狀碳包覆的CO3C/OLC納米顆粒。

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