大放异彩的碳

1. 大放异彩的碳 张雅洁 12硕2班 催化材料研究部

2. 碳 Carbon 碳是一种非金属元素，位于元素周期表的第二周期IVA族。   

3. Where——碳从哪里来 • 地球在形成的初期，来自宇宙的大量碳被固定在地壳中，风化、剥蚀、火山爆发等作用下，将岩石中的碳释放出来进入地球的大气层。当然，这是一个相当缓慢的过程。 千万年前动物、植物、浮游生物等吸收的碳变成了化石能源，我们现在燃烧煤、石油、天然气，都是将这些“古老的碳”释放出来的过程。 二氧化碳被排放到大气层以后，经过植物的呼吸作用等，再次被固定下来，吸收了大气中二氧化碳的生物体死亡后沉人湖底或海底变成岩石，也将碳固定了。

4. Family——碳的同素异形体 碳的同素异形体，即纯碳元素所能构成的各种不同的分子结构 我们日常生活中经常说到煤炭，碳纤维，低碳生活……听起来似乎都和“碳”有关， 但它们到底是什么关系呢，让我们去看看这个大家庭吧——碳的同素异形体

5. 家族代表 • 金刚石（Diamond） 金刚石也叫钻石，它是一种由纯碳组成的矿物。金刚石是自然界中最坚硬的物质。 金刚石是典型的原子晶体。C-C键很强，所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以钻石不仅硬度大，熔点极高，化学性质稳定，几乎不与酸碱反应，而且不导电。 sp3杂化正四面体

6. 家族代表 • 石墨（Graphite） 石墨的柔软性几乎与金刚石的硬性同样著称。它很容易被粉碎，并有滑腻的感觉，铅笔中石墨含量越高则质地越软。 石墨是混合晶体，内部的碳原子成层状排列，层间作用力很弱，而层内碳原子间共价键强度 大，易发生层间滑移，是良好的润滑剂，也是电的良导体 层内sp2杂化

7. 家族代表 • 不定型碳（Amorphous carbon） 不定型碳不具有典型的晶体结构。大部分不定形碳是石墨层型结构的分子碎片大致相互平行地，无规则地堆积在一起，可简称为乱层结构。层间或碎片之间用金刚石结构的四面体成键方式的碳原子键连起来，这种四面体的碳原子所占的比例多，则比较坚硬。 一般指木炭、焦炭、骨炭、糖炭、活性炭和炭黑等 木炭：燃料 焦炭：炼钢，还原剂 炭黑：轮胎 活性碳：吸附 干馏

8. 家族成员 • 碳纳米管（Carbon Nanotube） • 碳纳米管的结构相当于把石墨平面层卷起来，形成一根长长的细管子。 • 碳纳米管的直径小于100nm，也就是头发的千分之一。可你别看它小，1g高纯的单臂碳纳米管市价可要超过1000元，比黄金还要贵，它自身的很多优异性也让其他传统碳材料望尘莫及。 纳米管发射电子轰击屏幕的显示屏 称量单个病毒质量的纳米秤 催化乙苯氧化脱氢反应

9. 家族成员 • 碳纤维（Carbon Fiber） • 碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。它兼具了纳米碳材料质轻高强以及作为纤维形态的柔软可加工性。 • 碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。 • 碳纤维质轻于铝而强力高于钢，它的比重是铁的1/4，强力是铁的10倍，除了有高超的强力外，其化学性能非常稳定，耐腐蚀性高，同时耐高温和低温、耐辐射、消臭。 碳纤维可是当今防弹材料的理想选择，想不到吧，相貌平凡，但功能不小，在各国的军事竞争中具有不小的地位，它可是各国间竞争的秘密武器，也是其他各国对我国技术战略封锁的手段之一

10. 家族成员 • 石墨烯（Graphene） • 石墨烯是近几年新发现的碳组成员，取出石墨中的一层就得到了石墨烯，虽然说起来很简单，但若想完整的剥离下这薄薄的一层来，科学家们还是花费了好多时间呢。 石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬,经计算，用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重的物品。 石墨烯作为单质，它在室温下传递电子的速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。 看，是他们最先分离出的石墨烯！使用机械方法剥离下来的，就像是用胶带把纸表层剥下来一样。 看看这些新闻标题，你就能大概了解石墨烯有多么神奇： 全球最小光学调制器问世 可高速传输信号 一秒钟内下载一部高清电影指日可待 低成本石墨烯电池 或将实现“一分钟充电” 世界上最薄的纳米材料,透光性好,能折叠 2004年，安德鲁-盖姆教授(左)和康斯坦丁-诺沃肖罗夫教授首次分离出石墨烯。2010年，他们双双获得诺贝尔物理学奖

11. 家族成员 • 其实碳的大家庭中还有好多成员，他们大部分都来自于科学家的创造，形貌各异 NCNT C540 C60 nanorod nanotube nanobelt

12. ACKNOWLEDGE——致谢 虽然碳是生活中众所周知的元素，但这么多年来，碳的大家庭中不断地有新的成员加入，它们各具异能，大放异彩，相信随着科学家们的不断创新，这个家族的不断壮大，人们的生活也会更加的丰富多彩，快乐便捷！ 信息来源： • 百度百科，维基百科 • 《绚丽多彩的碳材料》 ，司志书 • 《场致电子发射一维纳米材料的研制》 • 《A perspective on carbon materials for future energy application》Dang Sheng Su, Gabriele Centi Thank you