纳米碳纤维及石墨碳纤维

石墨烯-碳纳米管复合纤维高灵敏度测温性能张立军;张媛娟;徐锦波;李斌;林欢【期刊名称】《微纳电子技术》【年(卷),期】2024(61)1【摘要】以碳纳米管(CNT)为填料、氧化石墨烯(GO)溶液为主体,通过化学限域水热法制备了含有不同质量碳纳米管的石墨烯-碳纳米管复合纤维。

发现石墨烯-碳纳米管复合纤维热电性能随着氧化石墨烯与碳纳米管质量比的增加有提升趋势。

利用瞬态电热(TET)技术研究了石墨烯-碳纳米管复合纤维的测温性能,并分析了其导电机理。

结果表明,石墨烯-碳纳米管复合纤维的测温性能表现良好,且随着温度的降低,测温性能进一步提升。

在30 K时,电阻温度系数(TCR)为0.05 K-1,特征响应时间为0.56 s;电流热退火后结构尺寸增大了0.5倍。

导电机理由热激活传导(150~292 K)转变为最近邻跳跃(NNH)传导(70~150 K)和可变范围跳跃(VRH)传导(30~70 K)。

为石墨烯-碳纳米管复合纤维在高灵敏度温度传感器上的应用提供了理论支撑。

【总页数】10页(P77-86)【作者】张立军;张媛娟;徐锦波;李斌;林欢【作者单位】青岛理工大学环境与市政工程学院【正文语种】中文【中图分类】TB33;TP212【相关文献】1.碳纳米管/石墨烯协同改性碳纤维复合材料的制备及性能2.石墨烯/碳纳米管嵌入式纤维传感器对树脂基复合材料原位监测的结构-性能关系对比3.石墨烯/碳纳米管协同增强再生纤维素复合薄膜的导热性能研究4.多组分氧化石墨烯/聚醚胺/碳纳米管层级结构碳纤维复合材料的制备及性能研究5.石墨烯/碳纳米管共改性碳纤维复合材料的结构、力学、导电和雷击性能因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

碳材料的分类及应用碳材料是指由碳元素构成的各种材料，包括纯碳材料和碳化物材料。

碳材料以其独特的化学、物理和机械性能，在许多领域具有广泛的应用。

下面将对碳材料的分类和应用进行详细介绍。

一、碳材料的分类碳材料的分类方式有多种，根据成分、形态和制备方法等不同标准可以将碳材料分为不同类别。

1. 纯碳材料纯碳材料是指只含有碳元素的材料，主要包括：石墨、金刚石、纳米碳管、石墨烯等。

- 石墨：由层状的碳原子形成，具有优异的导电性、热传导性和润滑性。

广泛应用于石墨电极、高温耐火材料、摩擦材料等领域。

- 金刚石：由密密麻麻的碳原子构成，具有极高的硬度和热导率。

主要应用于超硬刀具、磨料、磨料涂层等领域。

- 纳米碳管：由碳原子卷曲形成的管状结构，具有优异的力学、电学和导热性能。

在电子器件、储能材料、复合材料等领域有广泛应用。

- 石墨烯：是由单层碳原子构成的二维材料，具有极高的导电性、热传导性和机械强度。

在传感器、透明电子器件、柔性显示器等领域有广泛应用。

2. 碳化物材料碳化物材料是指碳与其他元素形成的化合物，根据不同元素的不同形式，碳化物材料可以分为碳化硅、碳化钨、碳化钛等。

- 碳化硅：具有优异的高温机械性能、热导率和耐磨性。

在陶瓷工业、高温结构材料、电子器件等领域有广泛应用。

- 碳化钨：具有极高的硬度、抗腐蚀性和耐高温性能。

主要应用于切割工具、钨丝、电极等领域。

- 碳化钛：具有优异的导电性、热传导性和化学稳定性。

主要应用于电子器件、太阳能电池、催化剂等领域。

二、碳材料的应用碳材料以其优异的性能在许多领域有广泛的应用。

1. 电子领域碳材料在电子领域有重要的应用，如石墨电极、纳米碳管场效应晶体管（CNT-FET）、石墨烯场效应晶体管（GFET）等。

这些材料具有优异的导电性、热传导性和机械性能，可用于制造电子器件、集成电路和柔性电子等。

2. 能源领域碳材料在能源领域有重要的应用，如储能材料、电池电极、燃料电池等。

纳米碳管和石墨烯等材料具有大比表面积和优异的导电性能，可用于制造超级电容器、锂离子电池和燃料电池等。

碳纤维石墨化处理的作用
碳纤维石墨化处理是一种常用的表面处理方法，它能够显著提高碳纤
维的力学性能和导电性能。

具体来说，碳纤维经过石墨化处理之后，
其表面的晶体结构发生了改变，由原来的类似于石英的非晶态转变为
类似于石墨的层状结构。

这种结构具有很高的结晶度和晶界质量，能
够使碳纤维具有更高的强度、模量和导电性能。

碳纤维石墨化处理的主要作用包括以下几个方面：
1.提高碳纤维的强度和模量
碳纤维在经过石墨化处理后，其结晶度和晶界质量都会得到显著提高。

这使得碳纤维的力学性能得到了明显改善，其强度和模量都可以提高20%以上。

这对于一些高强度、高刚度的应用场合非常重要，如航空
航天、汽车、建筑等领域。

2.增强碳纤维的导电性能
碳纤维经过石墨化处理后，其电导率会得到显著提高，这是由于其层
状结构的导电性能非常好。

这种导电性能比传统金属材料更加优异，
可以应用于一些高电导性能的场合，如电子器件、电化学传感器等。

3.提高碳纤维的耐热性能
碳纤维石墨化处理后，其晶体结构中含有大量的芳香环结构，这种结
构对热稳定性有着很好的保护作用。

经过石墨化处理的碳纤维，其耐
热性能得到了提高，能够承受更高的温度，这对于高温工程领域具有
重要意义。

总之，碳纤维石墨化处理是一种非常有益的表面处理方法，能够显著
提高碳纤维的力学性能、导电性能和耐热性能。

这使得碳纤维在更广
泛的领域得到了应用，如航空航天、汽车、建筑、电子器件等。

未来，随着技术不断进步，碳纤维石墨化处理的作用还将不断拓展和深入。

纳米材料—石墨烯/碳纳米管1. 前言由于碳单质和化合物组成的多样性，碳及其化合物一直是材料、物理和化学领域的研究重点之一。

特别近三十年来，随着C60、碳纳米管(CNTs)、石墨烯(Graphene)等明星材料的相续发现，逐次将碳材料的研究推向高潮。

碳纳米管(CNT)和石墨烯(Graphene)分别在1991年和2004年被人们所发现。

碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，它的径向尺寸可达到纳米级，轴向尺寸为微米级，管的两端一般都封口，因此它有很大的强度，同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维碳材料。

零维富勒烯、一维碳纳米管、二维石墨烯共同组成了骨干的碳纳米材料家族，并且它们之间可以在形式上转化（图1）。

图1 石墨烯及各种石墨形体石墨烯和碳纳米管在电学和力学等方面有着相似的性质，但由于结构不同，它们也有很多不同之处。

碳纳米管和石墨烯分别是优良的一维和二维碳材料，它们分别体现出了一维的和二维的各向异性，如导电性、力学性能和导热性等。

为了结合两者的优点，人们将石墨烯和碳纳米管共同用于复合材料。

石墨烯和碳纳米管复合材料形成三维网状结构，通过它们之间的协同效应，使其表现出比任意一种单一材料更加优异的性能，例如更好的各向同性导热性、各向同性导电性、三维空间微孔网络等特性。

基于以上性质，使得石墨烯/碳纳米管复合材料在超级电容器、太阳能电池、显示器、生物检测、燃料电池等方面有着良好的应用前景。

此外，掺杂一些改性剂的石墨烯/碳纳米管复合材料也受到人们的广泛关注，例如在石墨烯/碳纳米管复合电极上添加CdTe量子点制作光电开关、掺杂金属颗粒制作场致发射装置。

由此可见，石墨烯/碳纳米管复合材料越来越多的被人们所应用，也使得石墨烯/碳纳米管复合材料的制备和应用得到更加广泛的关注。

2. 石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法2.1 化学气相沉积法（CVD）CVD法因易于控制膜的组成及成份分散度而被广泛应用于制备石墨烯/碳纳米管复合膜。

碳纤维石墨结构
碳纤维石墨结构是由碳纤维与石墨组成的复合材料结构。

碳纤维是一种由碳纤维原料制成的纤维材料，具有轻量化、高强度、高模量、耐腐蚀等特点。

石墨是由碳原子构成的晶体结构，具有高导电性和高热导性。

碳纤维石墨结构可以通过将碳纤维和石墨材料进行复合而获得。

在制备过程中，首先将碳纤维进行预处理，如进行表面处理或涂覆特殊涂层。

然后将处理后的碳纤维与石墨材料进行层叠堆积，并通过热处理和压力处理等工艺使其形成结合。

最终形成的碳纤维石墨结构具有优异的力学性能和导热性能。

碳纤维石墨结构可以应用于许多领域，如航空航天、汽车制造、体育器材、建筑等。

其轻量化和高强度的特点使其成为航空航天领域中制造飞机和航天器的重要材料。

在汽车制造领域，碳纤维石墨结构可以用于制造车身和零部件，提高汽车的安全性和燃油经济性。

此外，碳纤维石墨结构还可以用于制造高性能的体育器材，如高尔夫球杆和网球拍等。

总之，碳纤维石墨结构是一种具有优异性能的复合材料，具有广泛的应用前景。

随着技术的不断进步，碳纤维石墨结构有望在更多领域中发挥重要作用。

碳纳米材料综述课程：纳米材料日期：2015 年12 月碳纳米材料综述摘要：纳米材料是一种处于纳米量级的新一代材料，具有多种奇异的特性，展现特异的光、电、磁、热、力学、机械等物理化学性能，这使得纳米技术迅速地渗透到各个研究领域，引起了国内外众多的物理学家、化学家和材料学家的广泛关注，也成为当前世界最热门的科学研究热点。

物理学家对纳米材料感兴趣是因为它具有独特的电磁性质，化学家是因为它的化学活性以及潜在的应用价值，材料学家所感兴趣的是它的硬度、强度和弹性。

毫无疑问，基于纳米材料的纳米科技必将对当今世界的经济发展和社会进步产生重要的影响。

因此，对纳米材料的科学研究具有非常重要的意义。

其中，碳纳米材料是最热的科学研究材料之一。

我们知道，碳元素是自然界中存在的最重要的元素之一，具有sp、sp2、sp3等多种轨道杂化特性。

因此，以碳为基础的纳米材料是多种多样的，包括常见的石墨和金刚石，还包括近几年比较热门的碳纳米管、碳纳米线、富勒烯和石墨烯等新型碳纳米材料。

关键词：纳米材料碳纳米材料碳纳米管富勒烯石墨烯1．前言从人类认识世界的精度来看，人类的文明发展进程可以划分为模糊时代（工业革命之前）、毫米时代（工业革命到20世纪初）、微米和纳米时代（20世纪40年代开始至今）。

自20世纪80年代初，德国科学家Gleiter提出“纳米晶体材料’，的概念，随后采用人工制备首次获得纳米晶体，并对其各种物性进行系统的研究以来，纳米材料己引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。

纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级（通常指1—100 nm）的极细颗粒组成的固体材料。

从广义上讲，纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。

通常分为零维材料（纳米微粒），一维材料（直径为纳米量级的纤维），二维材料（厚度为纳米量级的薄膜与多层膜），以及基于上述低维材料所构成的固体。

从狭义上讲，则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体（体材料与微粒膜）。

碳纤维材料对生活的影响碳纤维简介碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。

碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构，在沿纤维轴方向表现出很高的强度。

碳纤维具有强度高、重量轻等特点，是一种力学性能优异且具有诸多特殊功能的新材料。

由于碳纤维及其复合材料优异的综合性能及高附加值，被人们称作是二十一世纪的“黑色黄金”，被列入国家“十三五”规划，作为国家重点发展的战略新兴产业。

二十世纪四、五十年代，美国人首次通过牵引人造丝的方法，制备得到了碳纤维符合材料(CFRP)。

此后美国人在该技术方面领跑世界近20年。

1969年，日本东丽公司研制成功高比强度和高比模量的碳纤维。

目前，以日本东丽、东邦和三菱人造丝三家日本公司的碳纤维材料产量占据世界70%以上的高性能碳纤维生产份额。

我国的碳纤维产业发展和国外存在着较大差距，无论是碳纤维的生产和下游的应用。

以碳纤维为例，2017年，全球碳纤维理论产能为147,100吨，而中国为2,6000吨。

差距已经较大，但在实际产量上，差距就更明显。

2016年全球碳纤维产量在84000吨左右，约为产能的60%，但中国的实际产量7400吨（有说5400），不到产能的30%（中国碳纤维2017年需求约24800吨，自给率30%）。

同时国外如东丽可以批量生产T300、T700、T800、T1000、M40、M55、M60等级别的碳纤维，而国内T300、T700可以满足一定的需求，其他级别产品在市场上还没形成规模化供应。

碳纤维的发展目前的碳纤维制备技术已经能制备出比强度比钢高十几倍，密度是一般金属的0.5 倍左右，疲劳极限是拉伸强度的70%~80%，在400摄氏度的高温下强度和弹性模量无变化，易于大面积整体成型。

由于国外碳纤维材料发展较早，除了应用于宇航、航空之外，在汽车、船舶、建筑、车辆、化工设备乃至文娱体育用品都得到了充分的应用。