碳材料科学-知识点总结

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1、K炭材料的多样性？（广义和狭义定义）广义上看：金刚石、石墨、咔宾都属于炭材料，这是一个广义的定义，但由于金刚右和咔宾在自然界存在非常少，结构也单一，不像石墨那样具冇众多的过渡态中间结构（如焦炭、CF、煤炭、炭黑、木炭等）。狭义上看：炭材料--般是指类石墨材料，即以SP杂化轨道为主构成的炭材料，从无定形炭到石墨晶体的所有屮间结构物质（过渡态碳），它是由有机化合物炭化制得的人造炭。木卜充：新型炭材料：根据使用的口的，通过原料和工艺的改变，控制所得材料的功能，开发出新用途的炭及其复合材料。大谷杉郎认为：新型炭材料可大致分为三类。一是强度在lOOMPa以上，模量在lOGPa

2、以上使用时不必后加工的方法制得的新型炭成型物；二是以炭为主耍构成耍素，与树脂、陶瓷、金屈等组成的各种复合材料；三是基本上利用炭结构的特征，曲炭或炭化物形成的各种功能材料。2、炭材料的基本性质？和金属一样具有导电性、导热性；和陶瓷一样耐热、耐腐蚀；和冇机高分子一样质量轻，分子结构多样；另外，还具有比模量、比强度高，震动衰减率小，以及生体适应性好，具滑动性和减速屮子等性能。这些都是三大同体材料金屈、陶瓷和高分子材料所不具备的。因此，炭及其复合材料被认为是人类必须的第四类原材料。3、炭材料科学的主要研究内容？研究口然界中（广义）一切增炭化（富碳）物质的形成过程机理，特别是

3、着重于它（包括原料经历部分炭化的中间产物）多层次的微观结构的形成，以及此结构在外界条件（如温度、压力）影响下的转变。此外，炭科学还研究炭集合休的各种物理与化学性质。核心内容：自冇机物前驱体出发，通过热处理使冇机物传化成具冇可被控制的微晶排列的炭固体，这一知识乃是炭材料科学的最核心部分。冇机原料中间状态I终炭材料:k形成过程（机理）2、各过程屮物质的结构与性质（化学、物理）3、外界条件与材料结构性能的关系；第一部分碳的结构与性能1、碳的结晶形式有哪些，阐述其结构与性能的关系？结晶形式：金刚石、石墨、咔宾、富勒烯金刚石：SP3杂化轨道，四个等同。共价键，具饱和性和方向性

4、而心立方品体特征:1）硬而脆;2）碳中密度最大（3.52g/cm3）；3）1800°C以上转换为石墨;4）电绝缘体和热良导体；5）具四个等同轨道，如果与氧、碳结合就形成典型的脂肪族化合物。右墨：SP2杂化轨道，2S2Px2Py三个在同一平而内互为120°C角的三个等价的。键，剩余的2Pz轨道与。键所在的平面垂直形成h键；H电了属非定域电了，在受到外电磁场作用时可在六元环网上自曲运动，形成金属键；h键较弱，易发生断裂；特性：1）不熔融和极高的化学稳定性，a面内抗拉强度极高；2）导电导热性好;黑色;3）解离性和自润滑性，易形成层间化合物；4）各向异性。咔宾：SP杂化轨道

5、，2个。键，2个兀键；两种类型：B累积烯姪二C二C二C二a聚烘-C二C-OC-；线状，单元链长10-12C原子，六方晶体；树脂状组织，白色，口碳特性：具冇半导体及超导体性质；生物相容性好；由a聚块出发易于转化为金刚石。富勒烯：当SP2杂化轨道形成的六圆环在一起形成某些五圆环吋，它就不再呈平面状而是呈现球状笼形结构；C60：20个六元环、12个五元环，当六元环增加时,则可形成更大的球形分子；最大到C960o特性：C60为球形分了，可以在有机溶剂中溶解；相等的化学环境，芳香性；C60直径7.1A,分子晶体，有机与无机的交叉点。2、碳的相图及其相互转化?金刚石和石墨的形成

6、及转化条件:C(diamand)IC(graphite)△H二-2.lKJ/mol石墨低压稳定相、金刚石高压稳定相A：石墨催化转化为金刚石的区域B：石墨自发快速转化为金刚石的区域C：金刚石自发快速转化为石墨的区域D：石墨自发缓慢转化为金刚石的区域Tl:4100KPl:12GPaT2:4020±50KP2:12.25±1.47MPa3、概念:炭化，右墨化，可右墨化炭，不可右墨化炭，右墨化性炭，非右墨化性炭1）Carbonization（炭化）isaprocessofformationofmaterialwithincreasingcarboncontentfromor

7、ganicmaterial,usuallybypyrolysis,endingwithanalmostpurecarbonresidueattemp,uptoWOOK.2）Graphitization（石墨化）Isasolidstatctransformationofthcrmodynamicallyunstabicnon-grophiticcarbonintographitcbythermalactivation.Thedegreeofgraphitizeitiondependsuponthetemp.oftheheattreatmentandthetimea