为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划先进炭材料研究部(共5篇) 宁波大学答题纸 课号：课程名称：改卷教师：学号：姓名：薛连金得分： 炭材料研究进展 1引言 炭材料是一种以碳元素为主的非金属固体材料，包括金刚石、石墨、炭纤维、C/C复合材料等现在炭材料已经延伸到无机材料，结构材料，传统材料，复合材料，功能材料，新型材料等领域其中石墨烯，碳纳米管等新型炭材料是科研人员一直热衷于研究的热点石墨烯具有比表面积大，较低的密度、低热膨胀系数、优异的机械性能和较高的热导率，是近年来最具发展前景的一类导热材料碳纳米管由于具有导电性好、比表面积大、优良的机械强度等众多优点，被认为是具有高性能结构和多功能复合材料因而炭材料在能源、计算技术、通讯、电子、激光和空间科学等领域具有广阔的应用前景 2石墨烯制备方法 很多学者致力于石墨烯制备方法的研究，目前制约石墨烯广泛应用的瓶颈在于难以大规模、低成本制备高品质的石墨烯大规模制备石墨烯考虑的因素主要有石墨烯的质量、均匀性、成本以及在制备过程中转移石墨烯的难易程度目前，制备石墨烯的方法主要有机械剥离法、还原氧化石墨法、外延生长法及金属催化法等。
机械剥离法 Manchester大学Geim等[1]，报道了他们用机械剥离法制备得到了最大宽度 可达10um的石墨烯片(图1).方法主要是用氧等离子束在高取向热解石墨表面刻蚀出宽20um-2mm、深5um的槽面，并将其压制在附有光致抗蚀剂的SiO2/Si基底 上，焙烧后，用透明胶带反复剥离出多余的石墨片，剩余在Si晶片上的石墨薄片浸泡于丙酮中，并在大量的水与丙醇中超声清洗，去除大多数的较厚片层后得到厚度小于10nm的片层，这些薄的片层主要依靠范德华力或毛细作用力与SiO2紧密结合，最后在原子力显微镜下挑选出厚度仅有几个单原子层厚的石墨烯层.此方法可以得到宽度达微米尺寸的石墨烯片，但不易得到独立的单原子层厚的石墨烯片，产率也很低，因此，不适合大规模的生产及应用 图1机械剥离法制备石墨烯的示意图 金属催化法 LinaWen等[2]由乌尔曼反应使用乙炔为原料,六溴苯(六溴代二苯)和溴化亚铜为催化剂，在95°C合成了几层石墨烯合成的石墨用作锂离子电池阳极展示了初始和可逆的650mAh-1和570mAh-1的容量合成方法如下：六溴代二苯(毫摩尔)、溴化亚铜(毫摩尔)和碳酸钾(毫摩尔)溶解在事先蒸馏的二乙二醇二甲醚(100mL)。
此外，反应系统中的空气用氩气流疏散后来，经过量的去离子水和碳化钙反应，经硫酸铜溶液纯化和干燥塔中脱水后，把乙炔引进该反应系 统然后，反应系统进行密封，通过回流搅拌，该反应在氩气中于95℃的温度下进行整个反应系统被保存在一个无水、无氧的环境反应完成后，系统冷却至室温反应体系中生成的乙炔化亚铜是被盐酸溶液淬火了所制备的产品由离心收集然后用有机溶剂冲洗接着在50℃温度中干燥随后，干燥的样品在氩气气氛中，在400℃加热2小时最后，烧结制品用适量的去离子水洗涤并且又在50℃干燥 Sevilla等[3]以锯屑为碳源，采用硝酸铁、硝酸镍为催化剂，在900℃和1000℃下炭化，在热处理条件下，金属盐分解为相应的金属氧化物，随着温度的升高，金属氧化物减少形成金属单质，碳原子溶解从金属粒子中析出，得到了各种具有高结晶度的石墨纳米结构，把材料作为电催化载体，电催化表面积达到90m2/g固相热解法也是实验室基本的热处理方法，在此基础上，以Ni-Fe催化剂合成出了具有高石墨化和高比表面积的石墨化介孔炭，并对材料修饰玻碳电极的HQ和CC伏安行为进行了研究结果发现，电极具有良好的电催化活性[4] 石墨氧化还原法 石墨先经化学氧化得到边缘含有梭基、羟基，层间含有环氧及轶基等含氧基团的石墨氧化物,再通过外力剥离,得到单原子层厚度的石墨烯氧化物，进一步还原可制备得到石墨烯。
这种方法制备的石墨烯为独立的单层石墨烯片，产量高，应用广泛 吴洪鹏[5]采用Hummers法[6]制备氧化石墨烯，通过优化洗涤工艺，控制剥离过程的超声功率强度等因素制备氧化石墨烯，继而采用多种还原方法对氧化石墨烯进行还原处理，最后获得石墨烯材料实验方法如下： 表1实验所用试剂 表2实验所用仪器 氧化石墨烯的制备工艺 (1)Hummers法氧化处理 在0℃冰水浴下，将5g天然鳞片石墨在搅拌下缓慢加入到装有120m1浓硫酸的三口烧瓶中;持续搅拌半个小时后，缓慢加入高锰酸钾18g，在搅拌下继续维持0℃搅拌半小时，控制温度不能高于20℃搅拌2小时，不高于35℃搅拌2小时;在保持室温条件下，加入适量去离子水直至反应瓶中不再有溅射现象，继续搅拌半小时;加入适量30%双氧水，直至混合物由黑棕色变为亮黄色且不再有气泡产生整个过程反应方程式如下: H2SO4(浓)+KMn04?H2SO4+Mn2O7+H20 KMn04+H2SO4+C?MnS04+H2SO4+C02+S02+H20 H2SO4+KMn04+H202?H2SO4+MnS04+O2+H20 (2)洗涤混合物 将步骤(1)中的混合物沉降分离，除去溶有少量氧化石墨烯的酸废液，加入5-10%盐酸溶液充分洗涤混合物，直至不再有SO42-;向盐酸洗涤后的氧化石墨中加入适量氨水至pH值接近中性，然后以去离子水反复洗涤，至用AgNO3溶液检验没有C1-1一出现;将洗至中性的产物沉降分离或通过离心机固液分离，最终得到的氧化石墨呈粘性、棕色胶体状;将所得氧化石墨放入真空冷冻干燥设备中进行干燥处理，得到氧化石墨絮状固体。
(3)氧化石墨烯的制备 取一定量干燥好的氧化石墨絮状粉末，按一定浓度溶入去离子水中，充分搅拌，然后在超声波清洗器中以一定功率超声一段时间，使氧化石墨片层剥离，获得淡黄色的氧化石墨悬浮液制备流程图如下： 图2氧化石墨烯的制备流程图 项目名称：高性能炭/炭复合材料的基础研究 起止年限： 依托部门：黄伯云中南大学至教育部首席科学家： 一、研究内容 二、预期目标 三、研究方案 小贴士： 地域相近、档次相当的院校，相同专业/科目的试卷具有一定的参考价值 精力充沛的的考生，不妨多做些全真的专业考题 新型炭材料的研究与应用论文 化工126 王文璞 要讨论炭材料，必须要首先区分碳和炭的区别碳是指元素碳材料通常指含有碳元素并为主体的材料炭是指由碳元素构成的无恒定组成及性质的含碳物质碳材料通常是特指和石墨材料炭材料则是广义的含炭的材料 炭的种类1.木炭：是一种多孔性物质，多孔性物质的表面积必然很大物质的表面积越大，它吸附其他物质的分子也就越多，吸附作用也就越强烈如果在制取木炭时不断地通入高温水蒸气，除去沾附在木炭表面的油质，使内部的无数管道通畅，那么木炭的表面积就会更大。
经过这样加工的木炭，叫做活性炭显然，活性炭比木炭有更强的吸附作用 2.焦炭：烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050℃，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦由高温炼焦得到的焦炭用于高炉冶炼、铸造和气化炼焦过程中产生的经回收、净化后的焦炉煤气既是高热值的燃料，又是重要的有机合成工业原料 3.活性炭：是一种非常优良的吸附剂，它是利用木炭、竹炭、各种果壳和优质煤等作为原料，通过物理和化学方法对原料进行破碎、过筛、催化剂活化、漂洗、烘干和筛选等一系列工序加工制造而成它具有物理吸附和化学吸附的双重特性，可以有选择的吸附气相、液相中的各种物质，以达到脱色精制、消毒除臭和去污提纯等目的使用前经过烧灼能提高其吸附效果，原理是烧灼可以使其内部管道内附着的油脂或其他物质燃烧殆尽，增加其表面积 4.炭黑：一种无定形炭轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大，范围从10-3000m2/g，是有机物在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物比重由天然气制成的称“气黑”，由油类制成的称“灯黑”，由乙炔制成的称“乙炔黑”此外还有“槽黑”“炉黑”按炭黑性能区分有“补强炭黑”、“导电炭黑”、“耐磨炭黑”等。
可作黑色燃料，用于制造中国墨、油墨、油漆等，也用于做橡胶的补强剂，提高橡胶的耐磨性能、抗撕裂性能等，填充于轮胎、橡胶鞋底 新型炭材料就是炭纤维增强炭基复合材料一、炭纤维增强炭基复合材料 1.炭纤维增强炭基复合材料是采用特殊工艺整体制成的隔热材料，具有密度低、导热系数小、炭含量高、节约能源、热室环境洁净等特点，主要适用于多晶硅、单晶硅铸锭炉、真空高压气淬炉、板状加热体及加工各种高温架构件的原材料本项目建设年产200吨炭纤维增强炭基复合材料——硬质炭毡项目，总占地面积64375平方米 创新点 本项目所使用的高温纯化炉是目前国内最大单体高温纯化设备，其采用卧式单室双开门路型，并配以气动锁圈自动锁紧装置，操作方便，工作可靠根据使用要求，对致密化的炭纤维增强炭基复合材料进行高温热处理 预期目标 产品可广泛应用于航天航空工业、军事工业以及工模具行业、硬质合金行业、粉末冶金行业、特殊及有色金属合金的熔炼和铸造行业，产品使用温度1500—2600℃ 市场分析 目前，国内对炭/炭复合材料板材主要依靠日本、德国进口，需求逐年上升，本项目产品填补国内空白，是太阳能电池、集成电路板所需高纯硅生产过程中所必须使用的保温材料，具有不可替代的作用，市场前景十分广阔。
2.炭纤维是纤维状的炭材料，其化学组成中炭元素占总质量的90%以上炭纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能作为高性能纤维的一种，炭纤维具有炭材料的固有特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代军民两用新材料，已广泛用于航空航天、交通、体育与休闲用品、医疗、机械、纺织等邻域 二、炭纤维增强炭基复合材料的界面 炭纤维增强炭基复合材料中的界面直接影响材料的力学、物理、抗氧化等性能深入对炭/炭界面的研究对于改进材料结构、提高材料性能意义重大本文对炭/炭复合材料界面研究的意义、方法、现状作了介绍，并展望了研究的趋向 炭纤维增强炭基复合材料是一类特殊组成的材料，它以炭质材料为基体，用炭纤维作增强体，基本化学组成为单一的炭元素炭材料所特有的轻质、低膨胀系数、耐烧蚀、抗热震等优良特性使得炭/炭复合材料在高温、强腐蚀等苛刻工作条件下的使用成为可能同时，经炭纤维增强后，单纯炭基体脆性易断的缺陷得到了改善，使炭/炭材料具有较好的力学性能目前，炭/炭材料已被广泛应用于火箭喷管、航天飞机机(来自:写论文网:)体结构、发动机高温构件、飞机刹车盘以及医学、文体用品等领域中。
炭/炭复合材料中炭纤维/基体炭间的界面作为连接纤维、基体两个基本组分的桥梁，直接影响炭/炭材料的力学、热物理及抗氧化等性能，在整个材料结构中具有特殊的地位和作用而炭/炭复合材料制备工艺多样，作为原材料的基体炭源和炭纤维种类繁多，这就使得不同制备工艺、不同类型炭/炭材料的微观组成、界面结构等差异很大正是由于炭/炭界面结构复杂多样，人们对炭/炭界面的认识仍不很充分 三、炭纤维发展前景无限 炭纤维的应用十分广泛目前，炭纤维除了应用于传统的航空航天和军工等领域外，在新型纺织机械、炭纤维复合芯电缆、油田钻探、风力发电叶片、核电、医疗器械、汽车构件、建筑补强材料、文体用品等领域也都有应用 据中投顾问产业研究中心相关统计数据显示，现在世界炭纤维的需求量每年的增长速度约为13％，预计到2018年，世界聚丙烯腈基炭纤维的需求量将可能达到10万吨 目前，由于看到炭纤维巨大的需求。