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1、功能材料 小组成员：许峰 林强 石先山 主讲人：石先山 功能材料定义 功能材料是指通过光、电、磁、 热、化学、生化等作用后具有特定 功能的材料。在国外，常将这类材 料称为功能材料（Functional Mater -ials）、特种材料（Speciality Materials）或精细材料（Fine Materials）。功能材料涉及面广 ，具体包括光、电功能，磁功能， 分离功能，形状记忆功能等等。这 类材料相对于通常的结构材料而言 ，一般除了具有机械特性外，还具 有其他的功能特性。 摘自现代功能材料及其应用 功能材料根据材料的特性特 征和用途，可以将功能材料 定义为：具有优良的电学、 磁学、
2、光学、热学、声学、 力学、化学、生物学功能及 其相互转化的功能，被用于 非结构目的的高技术材料。 摘自新型功能材料 功能材料的分类 功能材料本身的范围还没有公认的严格 的界定，所以对它的分类就很难有统一 的认识。比较常见的分类方法有： （1）按照材料的化学键分类。分为功 能性金属材料、功能性无机非金属材 料、功能性有机材料和功能性复合材 料。 （2）按照材料物理性质分类。分为磁 性材料、电性材料、光学材料、声学材 料、力学材料、化学功能材料等。 （3）按照功能材料的应用领域分类。 分为电子材料、军工材料、核材料、信 息工业用材料、能源材料、医学材料 等。 选自功能材料学概论 （1）根据材料的物
3、质性进行分类 金属功能材料无机非金属功能材料 有机功能材料复合功能材料 （2）根据材料的功能性进行分类 按照材料的物理化学功能进行分类，例如 ，按材料的主要使用性能大致可分为9大类 型：电学功能材料磁学功能材料光 学功能材料声学功能材料力学功能材 料热学功能材料化学功能材料生物 医学功能材料核功能材料 （3）根据材料的应用性进行分类 按照功能材料应用的技术领域进行分类， 主要可分为信息材料、电子材料、电工材 料、电讯材料、计算机材料、传感材料、 仪器仪表材料、能源材料、航空航天材 料、生物医用材料。 新型功能材料 新型碳纳米纸国内外研究进展 选自功能材料2014年第二期 通过上面的介绍，大家初
4、步认识功能材料后，会不会感 觉知识用时方恨少呢？ 下面就请允许我及我小组的同学带领大家认识一种科技前沿的新型 功能材料。 纳米纸定义 从广义上讲, 纳米纸是指利用一些纳米材料(如纳 米晶体、纳米微粒或纳米纤维等) 通过一定的技 术手段直接制备或与其它材料复合制备的一种宏 观上呈薄膜或薄板状的二维片层材料。 纳米纸的分类 根据所选原料不同, 纳米纸可以分为有机有机 - - 无机复无机复 合纳米纸合纳米纸、 纤维素纳米纸纤维素纳米纸 以及碳纳米纸碳纳米纸 3大 类。 有机 - 无 机 复 合 纳 米 纸 是 将 纳 米 级 的 粘 土、 蛭 石、 云母或 S i O 2 微 粒 等与 基 体 材
5、料 复 合 制 得 的 一种纳米纸。 纤维素 纳 米 纸 主 要 是 利 用 纤 维 素 及 其 衍 生物 制得的一种纳米纸。 碳纳米纸( carbonnanopaper或 buckypaper ) 是以石墨 / 石墨 烯、 纳米碳纤维或碳 纳米管等碳基纳米 材 料 制备的一种 成份单 一、 性 能良好的新型纳米纸, 其含义类似于薄 膜。 初识碳纳米纸 碳纳米纸是一种综合性能良好、 应 用前景广阔的碳基功能材料。 碳纳米纸的分类 根据制备原料的不同, 碳纳米纸可以进一步分成3类: ( 1 )石墨/石墨烯及其氧化物或衍生物为原材料制备 石墨基碳纳米纸石墨基碳纳米纸; ; ( 2 )以碳纳米管 (
6、单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多 壁碳纳米管等)为原材料制备碳纳碳纳米管纸米管纸; ; ( 3 )以纳米碳纤维为原材料制备纳米碳纤维碳纤维纸。纸。 石墨 / 石墨烯类碳纳米纸 u石墨是由一层层蜂窝状有序排列的平面碳 原子堆叠而成。 u石墨烯 则 是一个碳原子厚度的石墨单片 层, 即石墨烯是石墨的结构单元。 u石墨/石墨烯具有优良的导电和导热性能, 其 氧 化 物 中 由 于 含 氧 官 能 团 的 存在更易于通过化学改性来进行功能化 处理, 因此石墨 /石墨烯及其氧化物常被用 于制备多功能的碳纳米纸。 碳纳米管纸 u碳纳米管具有典型的层状中空结构, 是一种具 有特殊结构 ( 径向尺寸为纳米量级,
7、 轴向尺寸为微米量级) 的一维量子 材料。它主要是由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十 层的同轴圆管。 由碳纳米管制备的碳纳米纸的性能更加突 出, 兼具碳 纳 米 管 的 力 学 性 能 和 物 理 化学性能外, 与聚合物形成复合材料 过程中不会发生团聚现象。 纳米碳纤维纸 u纳米碳纤维是一维结构的纳米碳材料。其 直径在纳米级到微米级范围, 长度为微米级 到毫米级, 长径比在100以上。 3 3种碳纳米纸的比较种碳纳米纸的比较 碳纳米纸的制备方法 催化化学催化化学气相沉积法气相沉积法 制 备 原 理 是: 以小分子 碳氢化合物为原料, 在高 温催化的条件下连续反应, 生成 具有石墨或碳纳米管结
8、构 的纳米碳材料, 得到的纳 米碳材料连续不断地沉积 在 接收平板上, 待反应结 束 即得到致密的碳纳米 纸。 悬悬 浮浮 液液 过过 滤滤法法 该方法是将稳定的纳米碳材料悬浮液通过 分散、过滤和热干燥处理等过程来进行 的。 碳纳米纸的应用 电池及超级电容器 碳纳米纸因其化学稳定性高、导电性 能好等优点成为制备高性能电池的目 标材料。 电子组件 碳纳米纸的物理化学性能优于一般的 材料,常被用作电子组件。 化学过滤膜 膜材料是材料领域中极为重要的一类 功能材料。 碳纳米纸既拥有碳材料的优良性能,又 兼具膜材料的结构,因此常被 当作一 种膜材料来使用。 复合材料增强体 碳纳米纸是由纳米碳材料铺叠成的薄 膜,其机械强度和力学性能不发生变 化, 而且尺寸可以随着制作工艺的要 求改 变,在复合材料中可以有效避免 团聚现象。 发发展展望展展望 小结小结 1、了解功能材料定义、分类； 2、了解纳米纸定义、分类； 3、掌握碳纳米纸的分类、制备方法和应用， 了解碳纳米纸的发展前景。 谢谢谢欣赏谢欣赏