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【碳材料發(fā)展史】
生活用炭
Carbon in Life
主要以木炭、煤炭、墨的形式
被用作
取暖、烹飪和文字記錄等。
廣東鴻凱智能科技有限公司
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碳”、既是最硬又是最軟的材料，既是絕緣體又是導(dǎo)電體，既是隔熱材料又是導(dǎo)熱材料，既是全吸光材料又是全透光材料。為了更全面的了解它，讓我們先從碳材料的發(fā)展史開始吧。
碳，生命之源，
它是地球上一切有機(jī)體生物的骨架元素，
是構(gòu)成人體最重要的元素。
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而且，“碳”
既是最硬又是最軟的材料，
既是絕緣體又是導(dǎo)電體，
既是隔熱材料又是導(dǎo)熱材料，
既是全吸光材料又是全透光材料。
碳的性能，
是不是很多元化？
為了更全面的了解它，
讓我們先從碳材料的發(fā)展史開始吧。
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碳材料發(fā)展簡史
A brief history of carbon materials science
碳，是不是很神奇？
看看它的發(fā)展史有沒有覺得它離我們真的很近，
低調(diào)的服務(wù)于生活的方方面面。
從最貼近我們的生活領(lǐng)域，
到科技前沿的航空航天、核工業(yè)；
從人類的生存中作為熱能來源的木炭，
到表達(dá)愛意濃濃的炫亮鉆石；
從開啟人類文明用來書寫的墨汁；
到遠(yuǎn)征宇宙的碳納米管“天梯”。
這都是“碳”性能展現(xiàn)的不同狀態(tài)，
這些多元化的性能，
也使得科學(xué)家為之著迷，
對(duì)“碳”的研究也成為了他們永不放棄的課題。
【碳材料發(fā)展史】 生活用炭 Carbon in Life 主要以木炭、煤炭、墨的形式 被用作 取暖、烹飪和文字記錄等。 人們是從什么時(shí)候開始使用炭的雖然并不十分清楚，但如說人們發(fā)明取火的同時(shí)就與炭產(chǎn)生了聯(lián)系的看法應(yīng)該說是妥當(dāng)?shù)摹?/span> 木炭是保持木材原來構(gòu)造和孔內(nèi)殘留焦油的不純的無定形碳。中國商代的青銅器和春秋戰(zhàn)國時(shí)代鐵器的冶煉都用木炭，利用其吸濕性來觀測氣候變化等。 燃料，電爐冶煉的還原劑，金屬精制時(shí)用作覆蓋劑保護(hù)金屬不被氧化。 在化學(xué)工業(yè)上常作二硫化碳和活性炭等的原料。用作餅干廠、冶煉廠等的燃料，也用于水的過濾、液體的脫色和制備黑色火藥等。還在研磨、繪畫、化妝、醫(yī)藥、火藥、滲碳、粉末合金等各方面應(yīng)用。 木炭產(chǎn)品主要分為白炭、黑炭、活性炭、機(jī)制炭等四大類。 白炭 特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)燃燒時(shí)間長，不冒煙，無污染，比重大，敲擊有金屬鋼音；缺點(diǎn)受潮易發(fā)爆（燃燒時(shí)發(fā)出噼里啪啦的聲音，并有火星飛濺傷人）、價(jià)格昂貴等。 黑炭 特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)易點(diǎn)燃；缺點(diǎn)易發(fā)爆、不耐燒、燃燒時(shí)有煙等。 活性炭 活性炭可以說是木炭的深加工。主要產(chǎn)在我國南方福建、浙江一帶，他是把木炭利用氯化鋅、磷酸、硫化鉀和白云石等化學(xué)物品活化、漂洗、干燥、粉碎加工而成的，其生產(chǎn)過程對(duì)水污染比較嚴(yán)重，國家一般限制生產(chǎn)。 機(jī)制炭 機(jī)制炭作為傳統(tǒng)木炭（傳統(tǒng)木炭：以樹木為原料，燒制而成，是一種毀壞資源的產(chǎn)業(yè)，已被國家所禁止）的替代產(chǎn)品，它有燃燒時(shí)間長、熱值高、不冒煙、不發(fā)爆、環(huán)保等多種優(yōu)點(diǎn)。 雖然煤炭的重要位置已被石油所替代，但在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，由于石油的日漸枯竭，導(dǎo)致它必然走向衰敗，而煤炭因儲(chǔ)量巨大，加之科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，煤炭汽化等新技術(shù)日趨成熟，并得到廣泛應(yīng)用，煤炭必將成為人類生產(chǎn)生活中的無法替代的能源之一。 煤炭的用途十分廣泛，可以根據(jù)其使用目的總結(jié)為三大主要用途：（1)動(dòng)力煤，（2)煉焦煤，（3）煤化工用煤，主要包括氣化用煤，低溫干餾用煤，加氫液化用煤等。 煤炭是世界上分布最廣闊的化石能資源，主要分為煙煤和無煙煤、次煙煤和褐煤等四類。 【碳材料發(fā)展史】 傳統(tǒng)工業(yè)用炭 Carbon in Traditional Industries 主要以電極、炭黑、電刷的形式 被用作 冶金、橡膠輪胎、電動(dòng)機(jī)械等領(lǐng)域。
焦炭煉鐵
焦炭一種固體燃料，質(zhì)硬、多孔、發(fā)熱量高、用煤高溫干餾而成，多用于煉鐵。焦碳通常按用途分為冶金焦（包括高爐焦、鑄造焦和鐵合金焦等）、氣化焦和電石用焦等。
應(yīng)用
針對(duì)從17世紀(jì)到18世紀(jì)木炭資源缺乏的實(shí)際情況，提出了新炭材料資源即利用煤的要求，有數(shù)代先驅(qū)者開始了煤炭煉鐵的實(shí)驗(yàn)。
焦炭的生產(chǎn)在18世紀(jì)末取得較大進(jìn)步，蜂巢式焦?fàn)t替代了以前生產(chǎn)木炭式的窯，焦炭的質(zhì)量取得了決定性的改善。
最初焦炭的使用僅限于生產(chǎn)生鐵，1783年H.Cort和P.Onions獨(dú)立地研究用焦炭把生鐵煉成鋼，而發(fā)明了攪拌（Paddling）型爐并應(yīng)用。這是一種將反射爐中熔融的鐵水用鐵棒不斷攪拌，讓碳及其它雜質(zhì)燃燒逸出，把生鐵完全變成柔韌鋼錠的方法。
H.Cort把小塊煅鋼放在帶槽的壓延機(jī)加工，得到了典型的具有纖維狀組織、耐腐蝕的優(yōu)質(zhì)鍛造鋼。這項(xiàng)發(fā)明使Cort成為近代壓延機(jī)之父。此外，這種方法提供的鋼是液態(tài)的，把鋼水倒入鑄模就可以成為鑄鋼。這就給鐵冶金工業(yè)所有的工序帶來影響。
針對(duì)從17世紀(jì)到18世紀(jì)木炭資源缺乏的實(shí)際情況，提出了新炭材料資源即利用煤的要求，有數(shù)代先驅(qū)者開始了煤炭煉鐵的實(shí)驗(yàn)。
產(chǎn)品分類
氣化焦
是專用于生產(chǎn)煤氣的焦碳。主要用于固態(tài)排渣焦碳的固定床煤氣發(fā)生爐內(nèi)，作為氣化原料，生產(chǎn)以CO和H2為可燃成分的煤氣。
電石焦
電石用焦是在生產(chǎn)電石的電弧爐中作導(dǎo)電體和發(fā)熱體用的焦碳。電石用焦加入電弧爐中，在電弧熱和電阻熱的高溫（1800-2200℃）作用下，和石灰發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)，生成熔融狀態(tài)的炭化鈣（電石）。
鐵合金焦
鐵合金焦是用于礦熱爐冶煉鐵合金的焦碳。鐵合金焦在礦熱爐中作為固態(tài)還原劑參與還原反應(yīng)，反應(yīng)主要在爐子中下部的高溫區(qū)進(jìn)行。以冶煉歸鐵合金為例，其反應(yīng)式為SiO2（液）+2C（固）=Si（液）+2CO（氣），隨著反應(yīng)的進(jìn)行，焦碳中的固定碳不斷消耗，主要以CO形式從爐頂逸出。焦碳灰粉中的三氧化二鋁（Al2O3）、氧化鐵（Fe2O3)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)和五氧化二磷(P2O5)等，部分或大部分被還原出來，進(jìn)入合金中；未參加反應(yīng)的部分進(jìn)入爐渣。焦碳中的硫和硅生成硫化硅和二硫化硅后揮發(fā)掉。冶煉不同品種的鐵合金，對(duì)焦碳質(zhì)量的要求不一，生產(chǎn)硅鐵合金時(shí)對(duì)焦碳質(zhì)量要求最高，所以能滿足硅鐵合金生產(chǎn)的鐵合金焦，一般也能滿足其他鐵合金生產(chǎn)的要求。
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石墨電極
石墨電極，主要以石油焦、針狀焦為原料，煤瀝青作結(jié)合劑，經(jīng)煅燒、配料、混捏、壓型、焙燒、石墨化、機(jī)加工而制成，是在電弧爐中以電弧形式釋放電能對(duì)爐料進(jìn)行加熱熔化的導(dǎo)體，根據(jù)其質(zhì)量指標(biāo)高低，可分為普通功率、高功率和超高功率。
電爐煉鋼用電極
電爐煉鋼用電極不但用于電弧而且也在爐外精煉的LF（Ladle Furnace）使用。當(dāng)初的LF是單純對(duì)鋼脫氧時(shí)溫度下降而進(jìn)行溫度補(bǔ)償設(shè)置的。LF具有溫度補(bǔ)償，又可向鋼包中添加還原劑，使鋼種擴(kuò)大，質(zhì)量改善，合格率上升，也是實(shí)現(xiàn)連鑄配合不可缺少的設(shè)備。
電極的使用環(huán)境
電弧爐中使用的煉鋼用電極的作用是讓鐵屑和電極間產(chǎn)生電弧。爐內(nèi)溫度超過1500 ℃，弧端溫度在3500℃以上，因此作為電極材料不但要具有導(dǎo)電性，還要具有在高溫下不熔融變形，保持一定的機(jī)械強(qiáng)度。人造石墨電極因符合上述條件而成為唯一的實(shí)用材料。
電極消耗分正常的連續(xù)消耗和異常的不連續(xù)消耗，后者是脫落或折損消耗。
電極前端部因產(chǎn)生電弧局部加熱而受到很大的熱應(yīng)力，產(chǎn)生掉塊。另外在追加鐵屑，再通電時(shí)的急冷急熱，大電流通過時(shí)電極內(nèi)部的溫度差，由此產(chǎn)生的徑向環(huán)應(yīng)力和剪切應(yīng)力使電極產(chǎn)生裂紋，在電極前端部的連接處，常發(fā)生脫落或掉塊折損。
電極從機(jī)械作用角度講也是在過酷條件下使用。鐵屑崩塌對(duì)電極的沖擊很大，常常造成電極卡箍下鏈接接頭最大徑附近或孔底處折斷。
熔解末期是超過1500℃的高溫，吹氧精煉或流入的空氣使?fàn)t內(nèi)成為氧化性氣氛，在這樣環(huán)境下，電極側(cè)部會(huì)連續(xù)消耗。
此外，電極端部會(huì)由于電弧熱升華，會(huì)因與爐渣或熔鋼接觸而遭侵蝕。
今后的方向
1990年以來，日本直流電弧爐發(fā)展迅速，100噸以上的大型爐不斷投產(chǎn)。
交流電弧爐為降低閃爍，增大有效功率，降低電極消耗，也在穩(wěn)步地向追加電抗器的電弧爐轉(zhuǎn)換。
這樣的背景下，日本國內(nèi)在實(shí)施了夜間操作的基本體制下生產(chǎn)率提高，對(duì)各種消耗要求進(jìn)一步降低。這樣一來，就要求電極能提高耐折損性和耐剝落性，抑制氧化。
抗氧化涂層石墨電極
表面涂覆一層抗氧化保護(hù)層（石墨電極抗氧化劑）的石墨電極。形成既能導(dǎo)電又耐高溫氧化的保護(hù)層，降低煉鋼時(shí)的電極消耗（19%~50%），延長電極的使用壽命（22%~60%），降低電極的電能消耗。
① 石墨電極單位消耗的較少，生產(chǎn)成本有一定的降低。
② 石墨電極所耗電能較少，節(jié)約單位煉鋼電消耗量，節(jié)約了生產(chǎn)成本，節(jié)能。
③ 由于石墨電極換次數(shù)較少，就較少了操作工人勞動(dòng)量和危險(xiǎn)系數(shù)，提高了生產(chǎn)效率。
④ 石墨電極是低消耗和低污染產(chǎn)品，在節(jié)能減排環(huán)保提倡的今天，具有非常重要的社會(huì)意義。
這種技術(shù)在國內(nèi)尚處于研究開發(fā)階段，也有些國內(nèi)廠家也開始生產(chǎn)。在日本等發(fā)達(dá)國家有得到比較廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)也出現(xiàn)了專門進(jìn)口這種抗氧化保護(hù)涂層的公司。
產(chǎn)品分類
普通功率石墨電極
允許使用電流密度低于 17A/厘米2的石墨電極，主要用于煉鋼、煉硅、煉黃磷等的普通功率電爐。
高功率石墨電極
允許使用電流密度為18～25A/厘米2的石墨電極，主要用于煉鋼的高功率電弧爐。
超高功率石墨電極
允許使用電流密度大于 25A/厘米2的石墨電極。主要用于超高功率煉鋼電弧爐。
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碳刷
碳刷（Carbon brush）也叫電刷，作為一種滑動(dòng)接觸件，在許多電氣設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。碳刷在產(chǎn)品應(yīng)用材質(zhì)主要有石墨，浸脂石墨，金屬（含銅，銀）石墨。碳刷是電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)或其他旋轉(zhuǎn)機(jī)械的固定部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間傳遞能量或信號(hào)的裝置，它一般是純碳加凝固劑制成，外型一般是方塊，卡在金屬支架上，里面有彈簧把它緊壓在轉(zhuǎn)軸上，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，將電能通過換相器輸送給線圈，由于其主要成分是碳，稱為碳刷，它是易磨損的。應(yīng)定期維護(hù)更換，并清理積碳。
碳刷的功能
碳刷也被稱作電刷，形狀如下：
（碳刷形狀的概念圖）
碳刷是與電機(jī)或發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件既整流器（換向器）相接觸、摩擦的同時(shí)發(fā)揮導(dǎo)電功能的炭素產(chǎn)品。使用時(shí)的功能如下圖：
（碳刷功能的概念圖）
其組裝方式是將碳刷裝入刷握（碳刷架）中，用彈簧壓住，使碳刷與旋轉(zhuǎn)的換向器保持接觸。
在碳刷的刷體上裝有銅制導(dǎo)線。用于電機(jī)時(shí)，電流經(jīng)導(dǎo)線通過碳刷導(dǎo)入與其相摩擦接觸的換向器表面。用于發(fā)電機(jī)，與此相反，電流從換向器流向碳刷。
要使碳刷與換向器保持穩(wěn)定的摩擦接觸，就需要在銅制的換向器接觸面上生成穩(wěn)定的氧化銅皮膜。為此，就有必要尋求碳刷材質(zhì)、彈簧壓力及電流密度等方面的最適合的條件。同時(shí)，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境（溫度、濕度、氣氛、塵埃）以及碳刷通過換向器片時(shí)因換向作用而產(chǎn)生的火花的大小對(duì)氧化皮膜的產(chǎn)生狀況也有很大的影響。
碳刷的材料
因?yàn)樘妓⑵鹬c轉(zhuǎn)子（集電環(huán)）之間電流的傳導(dǎo)作用，需要有良好的摩擦性能和導(dǎo)電性能。早期，碳刷的材質(zhì)以石墨質(zhì)為主，現(xiàn)在開發(fā)出了天然石墨質(zhì)、人造石墨質(zhì)、金屬石墨質(zhì)及樹脂石墨質(zhì)（石墨、金屬和樹脂的結(jié)合材質(zhì)）等各種各樣的材質(zhì)?？梢愿鶕?jù)用途選定適合的材質(zhì)。人造石墨質(zhì)的碳刷主要適合于對(duì)換向性能要求高的用途；而金屬石墨質(zhì)的碳刷則適合于電流容量大的用途。
產(chǎn)品分類
金屬石墨碳刷
該類碳刷的主要材料是電解銅和石墨。根據(jù)使用需要有時(shí)也采用銀粉（精密儀器上用的，非常貴）、鋁粉、鉛粉等其他金屬，這些碳刷里面又有含黏結(jié)劑和不含黏結(jié)劑之分。這類碳刷既有石墨的摩擦特性又有金屬的高導(dǎo)電性，因此，適用于高負(fù)荷和換向要求不高的低電壓電機(jī)（如汽車啟動(dòng)馬達(dá)等）。其圓周速度不超過30米/秒。
碳刷
天然石墨是該類碳刷的主要原材料黏結(jié)劑采用瀝青或樹脂，經(jīng)過烘焙或1000度燒結(jié)而成。這類電機(jī)有良好的潤滑性能和集流性能。多數(shù)用于運(yùn)行平穩(wěn)的中小型直流電機(jī)和高速汽輪發(fā)電機(jī)集電環(huán)；電氣石墨主要成分是碳黑、焦碳和石墨等各種碳素粉末材料組成，這類碳刷具有優(yōu)異的換向性和自潤滑性能，廣泛用于各類交直流電機(jī)不但壽命長，而且對(duì)換向器的磨損小。
應(yīng)用
在東洋炭素集團(tuán)，我們提供完整系列的碳刷，包括用于一般工業(yè)用途、吸塵器、汽車、家電、電動(dòng)工具、電力供應(yīng)、微電機(jī)等的碳刷。
汽車電機(jī)用的碳刷如下圖：
汽車上有很多電機(jī)，不同的電機(jī)需要使用與其性能相適應(yīng)的碳刷。特別是近年來，基于便利性和舒適性的考慮，汽車上輔助類的電機(jī)越來越多，1臺(tái)高級(jí)轎車所需要的碳刷甚至超過了100只。由于汽車電機(jī)的電源是由電池供給的12～24V低電壓，為了盡量減少電損，通常使用電阻率較低的含銅的金屬石墨質(zhì)碳刷。
一般工業(yè)
直流電機(jī)
電力機(jī)車
風(fēng)力發(fā)電
電力供應(yīng)
起重機(jī)
真空吸塵器
真空吸塵器
家電
洗衣機(jī)
電動(dòng)工具
圓盤磨床
微電機(jī)等
打印機(jī)
東洋炭素集團(tuán)不斷為應(yīng)用于不同用途的碳刷實(shí)現(xiàn)最佳性能而進(jìn)行研究。至今，我們已經(jīng)成功地開發(fā)了一系列新產(chǎn)品，包括特殊涂層碳刷、帶切斷裝置的碳刷、汽車燃油泵碳刷和碳盤，等等。
汽車燃油泵碳刷和碳盤
碳滿足汽車燃油泵換向器所需的許多條件。東洋炭素已為換向器開發(fā)最佳的碳刷材料和低磨損的碳盤。我們可以提供理想的碳刷材料，以符合使用條件。
帶切斷裝置的碳刷
在其使用壽命結(jié)束時(shí)，當(dāng)彈簧壓力降低，碳刷由于換流有產(chǎn)生更大火花的傾向。帶切斷裝置的碳刷磨損時(shí)，迅速切斷電流，以減少換向器損失。東洋炭素根據(jù)碳刷類型和應(yīng)用提供切斷設(shè)計(jì)。
特殊涂層碳刷
此碳刷表面有一層導(dǎo)電金屬薄膜涂層。涂層可以減少與電阻和溫度上升相關(guān)的損失，而且不影響碳刷的使用壽命和換向性能。這些碳刷用于小型高速真空吸塵器、電動(dòng)工具電機(jī)等用途。
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活性炭
活性炭又稱活性炭黑。是黑色粉末狀或塊狀、顆粒狀、蜂窩狀的無定形碳，也有排列規(guī)整的晶體碳?；钚蕴恐鞒煞殖颂家酝膺€有氧、氫等元素?；钚蕴恐谐荚赝?，還包含兩類摻和物：一類是化學(xué)結(jié)合的元素，主要是氧和氫，這些元素是由于未完全炭化而殘留在炭中，或者在活化過程中，外來的非碳元素與活性炭表面化學(xué)結(jié)合，如用水蒸氣活化時(shí)，活性炭表面被氧化或水蒸氣氧化；另一類摻和物是灰分，它是活性炭的無機(jī)部分；灰分在活性碳中易造成二次污染。
應(yīng)用
石化行業(yè)：
無堿脫臭（精制脫硫醇）—— 重催的精制裝置；乙烯脫鹽水（精制填料）——乙烯裝置；催化劑載體（鈀、鉑、銠等）——苯乙烯、連續(xù)重整裝置、水凈化及污水處理——上水及下水的深度處理。
電力行業(yè)：
電廠水質(zhì)處理及保護(hù)— —鍋爐裝置。
化工行業(yè)：
化工催化劑及載體、氣體凈化、溶劑回收、及油脂等的脫色、精制。
食品行業(yè)：
飲料、酒類、味精母液及食品的精制、脫色、提純、除臭。
黃金行業(yè)：
黃金提取——適用炭漿法、堆浸法提金工藝；尾液回收——金礦的廢物利用及環(huán)境保護(hù)。
環(huán)保行業(yè)：
用于污水處理、廢氣及有害氣體的治理、氣體凈化。
相關(guān)行業(yè)：
香煙濾嘴、木地板防潮、吸味、汽車汽油蒸發(fā)污染控制，各種浸漬劑液的制備等，比如活性炭可以作為活性碳罐的填充物用來生產(chǎn)摩托車碳罐汽車碳罐等。
活性炭在初期主要應(yīng)用是粉炭在糖業(yè)中逐步代替了原來的骨炭。在20世紀(jì)20年代的第一次世界大戰(zhàn)中出現(xiàn)的顆粒大量應(yīng)用于防毒面具。這是工業(yè)化學(xué)史上輝煌的一頁。
歷史事件
通過防毒面具應(yīng)用的推動(dòng)，活性炭歷史進(jìn)入了第二階段，活性炭市場不斷擴(kuò)大，活性炭的吸附和催化功能在眾多行業(yè)的精制、回收、合成上的應(yīng)用陸續(xù)開發(fā)，美國等的活性炭廠陸續(xù)開設(shè)。在20世紀(jì)中葉不斷拓展應(yīng)用面的活性炭，被視為“萬能吸附劑”。
1927年美國芝加哥自來水廠發(fā)生了廣大居民難以接受的自來水惡臭事故，這是由于原水中的苯酚和消毒用的氯生成異臭所致。德國等地的自來水廠也發(fā)生了同樣的事故，這些事故都是用活性炭來解決的。
【碳材料發(fā)展史】 新興工業(yè)用炭 Carbon in Modern Industries 主要以 等靜壓石墨、熱解石墨、熱解炭的形式 被用作 精密加熱器、高強(qiáng)結(jié)構(gòu)、新型電池、核反應(yīng)器等。 等靜壓石墨 等靜壓石墨是上世紀(jì)40年代發(fā)展起來的一種新型石墨材料，具有一系列優(yōu)異的性能。等靜壓石墨的耐熱性好，在惰性氣氛下，隨著溫度的升高，其機(jī)械強(qiáng)度反而升高，在2500℃左右時(shí)達(dá)到最高值；與普通石墨相比，結(jié)構(gòu)精細(xì)致密，而且均勻性好；熱膨脹系數(shù)很低，具有優(yōu)異的抗熱振性能；各向同性、耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)、導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能良好；具有優(yōu)異的機(jī)械加工性能。正是由于具有這一系列的優(yōu)異性能，等靜壓石墨不僅在民用上大有作為，在國防尖端上占有重要地位，屬新型材料，令人矚目。它是制造單晶爐、金屬連鑄石墨結(jié)晶器、電火花加工用石墨電極等不可替代的材料，更是制造火箭噴嘴、石墨反應(yīng)堆的減速材料和反射材料的絕好材料。 應(yīng)用 太陽能電池及半導(dǎo)體晶片用石墨 在太陽能、半導(dǎo)體行業(yè)中，大量使用等靜壓石墨，制作單晶直拉爐熱場石墨部件，多晶硅熔鑄爐用加熱器，化合物半導(dǎo)體制造用加熱器、坩堝等部件。近年來，太陽能光伏發(fā)電發(fā)展迅猛，光伏產(chǎn)業(yè)中的單晶硅和多晶硅生產(chǎn)對(duì)石墨需求量巨大。目前，單晶、多晶硅產(chǎn)品均朝大型化、高端化發(fā)展，對(duì)等靜壓石墨也有了更高的要求，即：更大規(guī)格、更高強(qiáng)度、更高純度。 有色冶金連鑄用石墨結(jié)晶器 為了縮短生產(chǎn)工藝流程，降底成本，提高質(zhì)量，減少勞動(dòng)強(qiáng)度和對(duì)環(huán)境的污染，20多年來金屬材料生產(chǎn)逐漸向連鑄方向發(fā)展。 等靜壓石墨主要用于大型銅材生產(chǎn)線。自1985年開始，我國從奧地利、法國、瑞士、日本等國先后引進(jìn)30多條生產(chǎn)線，而國內(nèi)自行設(shè)計(jì)制造的生產(chǎn)線已達(dá)到100多條，均采用石墨結(jié)晶器。 電極石墨 電火花加工是當(dāng)今模具行業(yè)的一次革命，它不僅簡化了傳統(tǒng)工藝手段，而且使制造異形模具成為可能。石墨無熔點(diǎn)，是電的良導(dǎo)體，抗熱振性好，是極佳的電火花加工電極材料。普通石墨材料，為粗顆粒結(jié)構(gòu)低密度各向異性石墨，不能滿足電火花加工的需求，而等靜壓石墨因具有各向同性，是制造電火花石墨電極的最佳材料。 單晶硅生產(chǎn)石英坩堝模具用石墨材料 石英坩堝是直拉單晶硅的容器，而制造石英坩堝用石墨坩堝作為成型材料。 高氣冷堆堆芯結(jié)構(gòu)石墨材料 等靜壓石墨具有中等的力學(xué)性能，特別出色的高溫力學(xué)性能，導(dǎo)熱系數(shù)大，線膨脹系數(shù)低。在高溫氣冷堆中，主要用作反射劑、慢化劑及活性區(qū)結(jié)構(gòu)材料，同核燃料一道構(gòu)成核燃料組件。在400～1200℃的溫度下，受高能γ射線和快中子的放射線，時(shí)間長達(dá)數(shù)年之久，容易造成輻照損傷，從而改變石墨的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，所以要求材料的石墨化度高、各向同性度好、組成均一、彈性模量低。 核石墨與常規(guī)工程用石墨的主要區(qū)別有兩點(diǎn)，核純和耐輻照損傷。當(dāng)前，國內(nèi)核石墨材料的研制尚缺輻照試驗(yàn)這一環(huán)節(jié)，這是下一步研制中必須面對(duì)過程，除輻照要求外，核石墨在冷態(tài)狀態(tài)下的質(zhì)量要求是：規(guī)格大型化、質(zhì)量穩(wěn)定、熱穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)低。目前，我國只能生產(chǎn)少量的高溫氣冷堆反應(yīng)用核石墨，主要還是依賴進(jìn)口。 ----------------------------------------------------------------------------------------- 熱解石墨 熱解石墨是新型炭素材料，是高純碳?xì)錃怏w在一定的爐壓下，在1800℃～2000℃的石墨基體上經(jīng)化學(xué)氣相沉積出的較高結(jié)晶取向的熱解碳，它具有高密度（2.20g/cm）、高純度（雜質(zhì)含量（0.0002%）和熱、電、磁、力學(xué)性能各向異性。在1800℃左右仍能維持10mmHg的真空度。 應(yīng)用 主要應(yīng)用 石墨加熱器、導(dǎo)流桶、PBN/PG復(fù)合加熱器、原子吸收管。 涂層產(chǎn)品應(yīng)用 半導(dǎo)體行業(yè)中，拉制硅單晶導(dǎo)流筒。 半導(dǎo)體行業(yè)石墨加熱器涂層。 晶片退火工藝PBN/PG復(fù)合加熱器涂層。 分析儀器用的原子吸收管熱解石墨涂層。 電子束蒸發(fā)蒸鋁坩堝。 ----------------------------------------------------------------------------------------- 熱解碳 熱解碳和熱解石墨是一種具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的氣相沉積碳。 熱解碳按其特性可以分為高密度的致密熱解碳與低密度的疏松熱解碳和各向同性與各向異性熱解碳。其性能和結(jié)構(gòu)取決于熱解溫度。800-1000℃以下熱解的是熱解碳,在 1400-2000 ℃ 熱解或更高溫度下處理的叫熱解石墨。熱解碳的性質(zhì)結(jié)構(gòu)取決于其制造條件，其中以沉積溫度為重。 從其反應(yīng)機(jī)理上說,制備熱解碳要經(jīng)歷兩個(gè)階段: 1 發(fā)生炭化過程, 生成焦碳和分離的揮發(fā)產(chǎn)物。 2 生成的產(chǎn)物降解成熱解碳、水、氣體。 ---------------------------------------------------------------------------------------- 碳纖維 碳纖維（carbon fiber，簡稱CF），是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內(nèi)剛”，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。 應(yīng)用 碳纖維碳材料已在軍事及民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用。從航天、航空、汽車、 電子、機(jī)械、化工、輕紡等民用工業(yè)到運(yùn)動(dòng)器材和休閑用品等。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料可以應(yīng)用于飛機(jī)制造等軍工領(lǐng)域、風(fēng)力發(fā)電葉片等工業(yè)領(lǐng)域、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機(jī)動(dòng)船、工業(yè)機(jī)器人、汽車板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。球棒等體育領(lǐng)域。碳纖維是典型的高科技領(lǐng)域中的新型工業(yè)材料。 復(fù)合材料 由于碳纖維復(fù)合材料具有輕而強(qiáng)、輕而剛、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好以及設(shè)計(jì)性好、可大面積整體成型等特點(diǎn)，已在航空航天、國防軍工和民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。高性能碳纖維是制造先進(jìn)復(fù)合材料最重要的增強(qiáng)材料。 土木建筑 碳纖維也應(yīng)用在工業(yè)與民用建筑物、鐵路公路橋梁、隧道、煙囪、塔結(jié)構(gòu)等的加固補(bǔ)強(qiáng)，在鐵路建筑中，大型的頂部系統(tǒng)和隔音墻在未來會(huì)有很好的應(yīng)用，這些也將是碳纖維很有前景的應(yīng)用方面。另外， 碳纖維做補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)， 不需要增加螺栓和鉚釘固定，對(duì)原混凝土結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較小， 施工工藝簡便。 產(chǎn)品分類 壓力容器 壓力容器采用碳纖維復(fù)合材料制作，主要用在汽車的壓縮天然氣罐上，而且還用在救火隊(duì)員的固定式呼吸器上。CNG罐源于美國和歐洲國家，日本和其他的亞洲國家也對(duì)這項(xiàng)應(yīng)用表現(xiàn)出了極大的興趣。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片 碳纖維在風(fēng)能、核能和太陽能等新能源領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率超過3MW，葉片長度超過40米時(shí)，傳統(tǒng)玻璃纖維復(fù)合材料的性能已經(jīng)趨于極限，采用碳纖維復(fù)合材料制造葉片是必要的選擇。只有碳纖維才能既減輕葉片的重量，又能滿足強(qiáng)度和剛度的要求。 碳纖維布 碳纖維布又稱碳素纖維布，碳纖布，碳布，碳纖維織物，碳纖維帶，碳纖維片材（預(yù)浸布）等 。碳纖維布是一種單向碳纖維產(chǎn)品，通常采用12K碳纖維絲織造。重量最輕的是1K碳布，中國碳纖維車架單車、三角架基本使用3K碳布。1K碳纖維管材由于從碳絲的等級(jí)，樹脂的成分，碳布的密度，成型的壓力溫度等等工藝都非常嚴(yán)格，1K碳布價(jià)格是3K碳布的3倍?？商峁﹥煞N厚度：0.111mm（200g）和0.167mm（300g）。碳纖維布強(qiáng)度高，密度小，厚度薄，基本不增加加固構(gòu)件自重及截面尺寸。碳纖維廣泛適用于建筑物橋梁隧道等各種結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)形狀的加固修復(fù)和抗震加固及節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)加固。 碳纖維復(fù)合材料抽油桿 有關(guān)數(shù)據(jù)表明，至2008年有8%到10%更新或新增的抽油桿用碳纖維復(fù)合材料抽油桿取代，共需碳纖維320到420t。預(yù)測至2010年如果按15%的取代量計(jì)算，則碳纖維消耗量可達(dá)624噸。 ----------------------------------------------------------------------------------------- 膨脹石墨 作為一種新型功能性碳素材料，膨脹石墨(Expanded Graphite，簡稱EG)是由天然石墨鱗片經(jīng)插層、水洗、干燥、高溫膨化得到的一種疏松多孔的蠕蟲狀物質(zhì)。EG 除了具備天然石墨本身的耐冷熱、耐腐蝕、自潤滑等優(yōu)良性能以外，還具有天然石墨所沒有的柔軟、壓縮回彈性、吸附性、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)性、生物相容性、耐輻射性等特性。 應(yīng)用 環(huán)保領(lǐng)域 膨脹石墨有疏水性和親油性,可以在水中有選擇性地除去非水性的溶液,如從海上、河流、湖泊中除去浮油。 密封材料 膨脹石墨可后處理成柔性石墨作為密封材料使用。 生物醫(yī)學(xué) 膨脹石墨有良好的生物相容性、無毒、無味、無副作用等特點(diǎn),是一類非常重要的生物醫(yī)學(xué)材料。 高能電池材料 在可充鋅錳電池的鋅陽極中添加膨脹石墨可以減小鋅陽極充電時(shí)的極化,增強(qiáng)電極及電解液導(dǎo)電性,抑制枝晶形成,并能提供良好的成型特性,抑制陽極溶解和變形,延長電池壽命。 相變儲(chǔ)熱材料 相變儲(chǔ)熱材料的導(dǎo)熱性能不好,換熱性能差,影響其儲(chǔ)能和釋能效率。同時(shí)復(fù)合相變材料中多孔介質(zhì)的孔隙率較小,內(nèi)含相變材料少,導(dǎo)致其儲(chǔ)能量低,這些缺點(diǎn)都限制了該材料的應(yīng)用和發(fā)展。膨脹石墨豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、高導(dǎo)熱性能，可以很好的彌補(bǔ)這些缺陷。 防火安全材料 國外已于機(jī)艙座椅的夾層中添加部分可膨脹石墨,或?qū)⑵渲瞥煞阑鹈芊鈼l、防火堵料、阻火圈等,一旦起火迅速膨脹,堵塞火災(zāi)蔓延通道,達(dá)到滅火目的。此外,將可膨脹石墨的細(xì)顆粒加入到普通涂料中,可制得效果較好的阻燃防靜電涂料。 產(chǎn)品分類 柔性石墨密封材料按其用途，主要分為兩大類：一類用于各種泵、閥門、反應(yīng)釜上的密封填料；另一類是用于各種管道法蘭上的石墨墊片。 密封填料 密封填料是將切成適當(dāng)寬度和長度的膨脹石墨帶纏繞在不同規(guī)格的金屬模中，在壓力機(jī)上直接成型的預(yù)成填料，適用于各種截止閥、閘閥、調(diào)節(jié)閥、球閥、加閥等。 密封墊片 通常可分為兩種，一種是純石墨墊片，它是用膨脹石墨粒料直接在金屬模中壓制成型，也可用膨脹石墨板材直接沖裁或切割而成；另一種是石墨纏繞墊，是以金屬帶和膨脹石墨重疊卷成，可以在較高壓力下使用。 石墨盤根 石墨盤根是用棉纖維或石墨纖維同石墨卷箔編織而成的密封材料。以棉纖維為芯的石墨盤根（SPM型）適用于壓力12MPa、溫度200℃以下的管道、閥門、機(jī)泵等的密封，接觸介質(zhì)可為河水、自來水、地下水、海水、油類等。以石墨纖維為芯的石墨盤根（SPS型）適用于壓力12MPa、溫度350℃以下的管道、閥門、機(jī)泵等的密封，接觸介質(zhì)除了各種水、油類外，還可以接觸酸堿物質(zhì)。 【碳材料發(fā)展史】 未來用炭 Carbon in Future 主要以 富勒烯、炭納米管、石墨烯的形式 被用在 通訊、太空探索、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。 富勒烯 富勒烯（Fullerene) 是單質(zhì)碳被發(fā)現(xiàn)的第三種同素異形體。任何由碳一種元素組成，以球狀，橢圓狀，或管狀結(jié)構(gòu)存在的物質(zhì)，都可以被叫做富勒烯，富勒烯指的是一類物質(zhì)。富勒烯與石墨結(jié)構(gòu)類似，但石墨的結(jié)構(gòu)中只有六元環(huán)，而富勒烯中可能存在五元環(huán)。1985年Robert Curl等人制備出了C60 。1989年，德國科學(xué)家Huffman和Kraetschmer的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了C60的籠型結(jié)構(gòu)，從此物理學(xué)家所發(fā)現(xiàn)的富勒烯被科學(xué)界推向一個(gè)嶄新的研究階段。富勒烯的結(jié)構(gòu)和建筑師Fuller的代表作相似，所以稱為富勒烯。 應(yīng)用 工業(yè) 富勒烯是一種新發(fā)現(xiàn)的工業(yè)材質(zhì)， 它的特性： 1.硬度比鉆石還硬2.軔度(延展性)比鋼強(qiáng)100倍 3.它能導(dǎo)電，導(dǎo)電性比銅強(qiáng)，重量只有銅的六分之一4.它的成分是碳，所以可從廢棄物中提煉。 可想像我們的未來生活中將有“無金屬電線”“富勒烯(非金屬)鋼筋的建筑物”“富勒烯防彈背心”“富勒烯汽車殼”…… 構(gòu)想中的“東京灣金字塔城”亦將富勒烯列為主要建材，納米巴克管(富勒烯)分子可無限延伸(巴克管長度越長，其原子數(shù)越多，所以巴克管的原子數(shù)不一定是C60)，且巴克管分子是碳原子自動(dòng)組合而成。 電、光、磁 C60本身的對(duì)稱性決定了C60自身有非線性光學(xué)性質(zhì)。作為一種新的化合物，研究其電、磁、光等應(yīng)用是非常重要的，實(shí)際上C60就是因?yàn)閾诫s堿金屬在一定條件下具有超導(dǎo)電性，其電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物有鐵磁性而引起人們極大興趣和關(guān)注。 物理性質(zhì)的應(yīng)用 潤滑劑和研磨劑C60具有特殊的圓球形狀，是所有分子中最圓的分子；另外， C60的結(jié)構(gòu)使其具有特殊的穩(wěn)定性。在分子水平上，單個(gè)C60分子是異常堅(jiān)硬的，這使得C60可能成為高級(jí)潤滑劑的核心材料。 ?CVD金剛石膜 富勒烯的另一潛在的應(yīng)用是它們可作為金剛石薄膜生長的均勻成核位置而起重要作用。 金剛石薄膜在軍事方面具有許多應(yīng)用價(jià)值，如作為裝甲車表面的抗沖擊覆蓋層，用于制成光學(xué)（X射線，粒子束）窗口，半導(dǎo)體晶片，高硬度表面齒輪，金剛石-纖維合成材料，以及高溫和防輻射電子器件等。 ?高強(qiáng)度碳纖維 1991年日本電氣公司的飯島發(fā)現(xiàn)了一種管狀碳——巴基管，巴基管具有獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)和奇妙的導(dǎo)電性質(zhì)，同時(shí)具有高抗張強(qiáng)度和高度熱穩(wěn)定性。巴基管的這種特殊的電學(xué)和機(jī)械性能使其具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。 ?高能轟擊粒子 C60能夠得到或失去電子形成離子，帶電巴基球可以用作物理碰撞的高能轟擊粒子。 在電化學(xué)方面的的應(yīng)用 ?光導(dǎo)體 光導(dǎo)材料是復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)和激光打印機(jī)的基本部分，舊的光導(dǎo)材料使用硒作為感光劑，較為先進(jìn)的有機(jī)光導(dǎo)聚合物已經(jīng)代替了硒材料。美國杜邦公司的研究人員發(fā)現(xiàn)用1%的C60（可能是C60和C70的混合物）摻雜的PVK聚合物是一類全新的高性能光導(dǎo)體，類似的產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于靜電復(fù)印技術(shù)中。 ?超導(dǎo)材料 摻雜C60超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)是超導(dǎo)領(lǐng)域的又一重大成果，這種超導(dǎo)體具有相對(duì)較高的臨界溫度，摻雜C60超導(dǎo)體的臨界溫度不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于所有的有機(jī)分子超導(dǎo)體，而且也大大高于以前發(fā)現(xiàn)的金屬和合金超導(dǎo)體，只比炙手可熱的氧化物陶瓷超導(dǎo)體低。 ?非線性光學(xué)器件 實(shí)驗(yàn)和理論研究表明，C60和C70等富勒烯都是良好的非線性光學(xué)材料， C60 /C70混合物（ C70約占10%）的非線性光學(xué)系數(shù)約為1.1×10-9esu， C76甚至還具有光偏振性。 C60薄膜具有很高的光學(xué)效率，這一性質(zhì)使得 C60在激光光學(xué)通信和光學(xué)計(jì)算機(jī)方面有著重要的潛在應(yīng)用，并有望在短期內(nèi)付諸實(shí)現(xiàn)。 護(hù)膚品 由于富勒烯能夠親和自由基，具有極強(qiáng)的抗氧化能力，能夠起到活化皮膚細(xì)胞，預(yù)防肌膚衰亡的作用。關(guān)于富勒烯在清除自由基方面的功效目前已有近3萬篇論文被發(fā)表，近3千個(gè)專利獲得了認(rèn)可。正因如此，21世紀(jì)以來富勒烯開始被用作化妝品原料，具有抗皺、美白、預(yù)防衰老的卓越價(jià)值，成為備受矚目的尖端美容成分。 多元體研究 富勒烯衍生物與卟啉、二茂鐵等富電子基團(tuán)共價(jià)或非共價(jià)形成多元體，用于研究分子內(nèi)能量、電荷轉(zhuǎn)移、光致能量和電荷轉(zhuǎn)移。 有機(jī)太陽能電池 自1995年俞剛博士將富勒烯的衍生物PCBM（[6,6]-phenyl-c61-butyricacid methyl ester，簡稱PC61BM或PCBM）用于本體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池以來，有機(jī)太陽能電池得到了長足的發(fā)展，其中有三家公司已經(jīng)將摻雜PCBM的有機(jī)太陽能電池商用，迄今大部分有機(jī)太陽能電池以富勒烯做為電子受體材料。 ----------------------------------------------------------------------------------------- 碳納米管 1991年日本NEC公司實(shí)驗(yàn)室的專家飯島（Iijima）發(fā)現(xiàn)了由管狀的同軸納米管組成的碳分子即碳納米管。碳納米管具有典型的層狀中空結(jié)構(gòu)特征,構(gòu)成碳納米管的層片之間存在一定的夾角碳納米管的管身是準(zhǔn)圓管結(jié)構(gòu)，并且大多數(shù)由五邊形截面所組成。管身由六邊形碳環(huán)微結(jié)構(gòu)單元組成, 端帽部分由含五邊形的碳環(huán)組成的多邊形結(jié)構(gòu)，或者稱為多邊錐形多壁結(jié)構(gòu)。是一種具有特殊結(jié)構(gòu)（徑向尺寸為納米量級(jí)，軸向尺寸為微米量級(jí)、管子兩端基本上都封口）的一維量子材料。 分類 碳納米管按照石墨烯片的層數(shù)分類可分為：單壁碳納米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）和多壁碳納米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs），多壁管在開始形成的時(shí)候，層與層之間很容易成為陷阱中心而捕獲各種缺陷，因而多壁管的管壁上通常布滿小洞樣的缺陷。與多壁管相比，單壁管是由單層圓柱型石墨層構(gòu)成，其直徑大小的分布范圍小，缺陷少，具有更高的均勻一致性。 應(yīng)用前景 炭納米管可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器微型化 碳納米管自身重量輕，具有中空的結(jié)構(gòu)，可以作為儲(chǔ)存氫氣的優(yōu)良容器，儲(chǔ)存的氫氣密度甚至比液態(tài)或固態(tài)氫氣的密度還高。適當(dāng)加熱，氫氣就可以慢慢釋放出來。研究人員正在試圖用碳納米管制作輕便的可攜帶式的儲(chǔ)氫容器。 利用碳納米管的性質(zhì)可以制作出很多性能優(yōu)異的復(fù)合材料。例如用碳納米管材料增強(qiáng)的塑料力學(xué)性能優(yōu)良、導(dǎo)電性好、耐腐蝕、屏蔽無線電波。使用水泥做基體的碳納米管復(fù)合材料耐沖擊性好、防靜電、耐磨損、穩(wěn)定性高，不易對(duì)環(huán)境造成影響。 ----------------------------------------------------------------------------------------- 石墨烯 石墨烯（Graphene）是一種二維碳材料，是單層石墨烯、雙層石墨烯和多層石墨烯的統(tǒng)稱。于2004年問世，其發(fā)現(xiàn)者英國曼徹斯特大學(xué)安德烈-海姆教授于2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 分類 單層石墨烯（Graphene） 指由一層以苯環(huán)結(jié)構(gòu)（即六角形蜂巢結(jié)構(gòu)）周期性緊密堆積的碳原子構(gòu)成的一種二維碳材料。 雙層石墨烯（Bilayeror double-layer graphene） 指由兩層以苯環(huán)結(jié)構(gòu)（即六角形蜂巢結(jié)構(gòu)）周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式（包括AB堆垛，AA堆垛，AA‘堆垛等）堆垛構(gòu)成的一種二維碳材料。 少層石墨烯（Few-layer） 指由3-10層以苯環(huán)結(jié)構(gòu)（即六角形蜂巢結(jié)構(gòu)）周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛構(gòu)成的一種二維碳材料。 多層或厚層石墨烯（multi-layer graphene） 指厚度在10層以上10nm以下苯環(huán)結(jié)構(gòu)（即六角形蜂巢結(jié)構(gòu)）周期性緊密堆積的碳原子以不同堆垛方式（包括ABC堆垛，ABA堆垛等）堆垛構(gòu)成的一種二維碳材料。 主要應(yīng)用 隨著批量化生產(chǎn)以及大尺寸等難題的逐步突破，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用步伐正在加快，基于已有的研究成果，最先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的領(lǐng)域可能會(huì)是移動(dòng)設(shè)備、航空航天、新能源電池領(lǐng)域。 消費(fèi)電子展上可彎曲屏幕備受矚目，成為未來移動(dòng)設(shè)備顯示屏的發(fā)展趨勢。柔性顯示未來市場廣闊，作為基礎(chǔ)材料的石墨烯前景也被看好。 新能源電池也是石墨烯最早商用的一大重要領(lǐng)域。表面附有石墨烯納米圖層的柔性光伏電池板，可極大降低制造透明可變形太陽能電池的成本，這種電池有可能在夜視鏡、相機(jī)等小型數(shù)碼設(shè)備中應(yīng)用。另外，石墨烯超級(jí)電池的成功研發(fā)，也解決了新能源汽車電池的容量不足以及充電時(shí)間長的問題。 由于高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、超輕薄等特性，石墨烯在航天軍工領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢也是極為突出的。
世界上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)額定功率越來越大，與其相適應(yīng)的風(fēng)機(jī)葉片尺寸也越來越大。為了減少葉片的變形，在主乘力件如軸承和葉片的某些部位采用碳纖維來補(bǔ)充其剛度。中國‘十五’期間的風(fēng)機(jī)裝機(jī)總?cè)萘恳堰_(dá)到1。5G瓦，因而碳纖維在風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片上的應(yīng)用前景看好。
蔡曉霞等對(duì)聚磷酸銨(APP)和膨脹石墨(EG)協(xié)同阻燃乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)及其阻燃機(jī)理進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,APP和EG對(duì)EVA具有良好的協(xié)同阻燃效果。
在碳納米管的內(nèi)部可以填充金屬、氧化物等物質(zhì)，這樣碳納米管可以作為模具，首先用金屬等物質(zhì)灌滿碳納米管，再把碳層腐蝕掉，就可以制備出最細(xì)的納米尺度的導(dǎo)線，或者全新的一維材料，在未來的分子電子學(xué)器件或納米電子學(xué)器件中得到應(yīng)用。
碳納米管還給物理學(xué)家提供了研究毛細(xì)現(xiàn)象機(jī)理最細(xì)的毛細(xì)管，給化學(xué)家提供了進(jìn)行納米化學(xué)反應(yīng)最細(xì)的試管。碳納米管上極小的微?？梢砸鹛技{米管在電流中的擺動(dòng)頻率發(fā)生變化，利用這一點(diǎn)，1999年，巴西和美國科學(xué)家發(fā)明了精度在10-17kg精度的“納米秤”，能夠稱量單個(gè)病毒的質(zhì)量。隨后德國科學(xué)家研制出能稱量單個(gè)原子的“納米秤”。
來源：東洋炭素
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