環(huán)境功能材料4活性炭(編輯修改稿)
2025-06-15 08:52 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 一種透明、良好的導(dǎo)體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。 富勒碳： C60（巴基球，足球烯 ） 碳原子： SP2雜化 結(jié)構(gòu)： 12個正五邊形和 20個正六邊形鑲嵌而成的具有32個面和 60個連接點的球狀分子。 維度：零維 獨特的結(jié)構(gòu)和奇異的物理化學(xué)性 富勒烯 1985年 ， 英國 Sussex大學(xué)的 H. W. Kroto等人用激光作石墨的氣化試驗發(fā)現(xiàn)了 C60， 這是一種由 60個碳原子組成的穩(wěn)定原子簇 。 此后又發(fā)現(xiàn)了 C50、 C70、 C240乃至 C540， 它們都是具有空心的球形結(jié)構(gòu) ， 屬于籠形碳原子簇分子 。 由于 C60的結(jié)構(gòu)類似建筑師 Buckminster Fuller設(shè)計的 圓 頂 建 筑 ， 因 而 稱 為 富 勒 烯(Fullerend)， 也有布基球 、 足球烯 、 球碳 、 籠碳等名稱 。 以 C60為代表的富勒烯是繼金剛石 、 石墨后發(fā)現(xiàn)的第 3種碳的同素異形體 。 在富勒烯中 ， 人們對 C60研究得最深入 。 它獨特的結(jié)構(gòu)和奇異的物理化學(xué)性質(zhì)備受國際科學(xué)界的關(guān)注 ， 其研究不僅涉及到化學(xué)的各個分支 ， 而且還涉及到生命科學(xué) 、 材料科學(xué)及固體物理等諸多領(lǐng)域 。 因此 ， C60是 20世紀的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一 。Kroto等人因此而榮獲 1996年諾貝爾化學(xué)獎 。 C60 碳納米管 碳原子： SP2雜化； 結(jié)構(gòu)：管狀； 維度：一維； 分類： 單壁和多壁碳納米管； 碳納米管的結(jié)構(gòu) 納米碳管有許多特異的物理性能 。 如納米碳管的熱導(dǎo)與金剛石相近 ， 電導(dǎo)高于銅 。 但納米碳管的應(yīng)用研究還在探索階段： (1)高強度碳纖維 材料 理論計算表明 ， 納米碳管的抗張強度比鋼高 100倍 ， 但重量只有鋼的六分之一 。 其長度是直徑的幾千倍 ，5萬個并排起來才有人的一根頭發(fā)那么寬 ， 因而號稱 “ 超級纖維 ” 。 (2)復(fù)合材料 近年的研究表明 ， 納米碳管與介孔固體 (孔徑在 2～ 50 nm的多孔固體 )組裝 ， 形成介孔復(fù)合體 ， 將是一種特殊性能的新型材料 。 ★ 碳納米管的 應(yīng)用 (3)納米電子器件 由于碳納米管壁能被某些化學(xué)反應(yīng)所 “ 溶解 ” ， 因此它們可以作為易于處理的模具 。 只要用金屬灌滿碳納米管 ， 然后把碳層腐蝕掉 ， 即可得到納米尺度的導(dǎo)線 。 美國已用納米碳管成功地制備了納米碳化鈦 、 碳化鐵 、 碳化鋁等納米棒 ， 在納米碳化鈮棒中還發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)現(xiàn)象 。 將納米管組裝到有機高分子 PCM－ 1中 ， 其電導(dǎo)可提高幾個數(shù)量級 。 我國利用碳納米管研制出新一代顯示器 。 (4)催化纖維和膜工業(yè) 碳納米管還可作為其他金屬和金屬氧化物催化劑的載體 ， 最大限度地提高催化劑的效率 。 線型碳 碳原子： SP雜化； 維度：一維，線形結(jié)構(gòu) 線型碳是由周期性的雙鍵或交替的單、三鍵組合在一起的碳鏈。這種碳的線型同素異形體與二維的石墨烯薄片以及三維的中空碳納米管不同，它是真正的一維材料。 碳原子能態(tài)：石墨 金剛石 碳納米管 富勒烯 線型碳 力學(xué)性能：超強力學(xué)性能 +生物相容性 。 俄羅斯科學(xué)家已將線型碳用作外科手術(shù)的縫合線及人造動物器官 ， 并申請了發(fā)明專利 。 電學(xué)性能： 線型碳可能令人關(guān)注的常溫超導(dǎo)性 ，最細導(dǎo)線 。 線型碳的應(yīng)用前景 微晶質(zhì)炭 基本微晶：類石墨微晶 無定形炭 活性炭（ 微晶質(zhì)炭）的微觀組成 微晶質(zhì)炭定義：以 (類 )石墨狀微晶為結(jié)構(gòu) 主體的游離態(tài) 碳類物質(zhì)。 類石墨微晶 ： 也是由多層 SP2雜化的碳原子構(gòu)成的六角 形網(wǎng)狀平面層疊而成與石墨結(jié)構(gòu)類似的微晶 炭 結(jié)構(gòu)。 類 石墨 微晶質(zhì)碳 ： 木炭、活性炭、焦炭、炭黑 木炭 活性炭 焦炭 炭黑 無定形碳 ? 無定形碳（ Amorphous carbon): 碳原子排練雜亂無章。 碳單質(zhì)的存在形式，除了金剛石、石墨、碳納米團簇外，還有無定形碳，為碳的非結(jié)晶體。 類石墨微晶的排列 紊亂排列 較有序排列 難石墨化炭 易石墨化炭 在熱處理溫度超過 3000℃ ，仍然難以石墨化 ，如 竹炭、木炭和相應(yīng)的活性炭 ：天然高分子基 在 2800～ 3000℃ 的熱處理溫度，類石墨微晶的尺寸急劇增大，類石墨微晶在很大程度上接近于石墨晶體 ，如 石油焦炭、炭黑和瀝青：合成高分子基 三、 活性炭的 微晶質(zhì)結(jié)構(gòu) 類石墨微晶是構(gòu)成微晶質(zhì)炭材料的基本微晶 活性炭的炭化程度對其微觀結(jié)構(gòu)和組 成的影響 石墨化程度提高，類石墨微晶碳在活性炭中所占的比例提高；微晶尺寸參數(shù)變大 非組織碳所占的比例下降，氫、氧及其它雜原子的含量下降，反應(yīng)活性下降。 炭化程度的提高：炭化溫度提高 哈斯勒 (Herder)還提出了各種溫度下的微晶大小圖
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