资源再生制备碳基复合材料及其性能研究(3)
1。2。1碳材料的种类
1。碳微球
上世纪六七十年代，碳微球相继被发现和制备出来，由于其具有较高的表面积，良好的热稳定性，独特的电化学性能等特性，而被广泛的应用于催化剂载体、锂离子电池、润滑剂、药物输送等诸多领域。
传统理论认为，当沥青加热到350 ℃以上时，会发生热解、脱氢、环化缩聚等一系列反应，形成分子量较大，热稳定性较好的低聚化合物，并有序的堆积为两个聚集体。随着反应的进行，低聚物不断进一步反应，分子量变大，而分子厚度并没有太大变化，导致长径比不断增大，最终发生相变，成为有序的片状液晶体（如图1-1所示）。随着液晶体的浓度不断增加，系统为了形成相平衡，使其最终转化为表面积最小的球体，即为碳微球。
图1-1 传统理论的中间相形成和发展过程
后来，相继又有很多理论来阐述中间相碳微球的形成机理，如“微域构筑”理论，“球形单位构筑”理论等。这些理论互有优劣，却又能相互映证，从而为提高碳微球的产率提供了有效的理论基础。
2。碳纳米管
1991年，碳纳米管[2]被日本科学家いいじま すみお（饭岛澄男）所发现。后者深入研究并获得了诸多成就，而前者则以其优越的物理和化学性能，吸引了广大科研工作者的目光。碳纳米管具有很高的强度和硬度，能以不同结构表现为导体，半导体或绝缘体，可作为锂离子二次电池的碳负极材料。
碳纳米管主要可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。多壁碳纳米管与单壁碳纳米管相比，管壁上通常布满小洞样的缺陷，单壁管直径大小的分布范围小，具有更高的均匀一致性，因此单壁碳纳米管比多壁碳纳米管更具有实用性。依照结构特征碳纳米管可以分为手性纳米管（chiral form）、扶手椅形纳米管（armchair form）、锯齿形纳米管（zigzag form）这三种类型。根据碳导电性质还可以将其分为金属型碳纳米管和半导体型碳纳米管。按照外形的均匀性和整体形态，可分为：直管型，碳纳米管束，Y型，蛇型等。按照是否含有管壁缺陷可以分为：完善碳纳米管和含缺陷碳纳米管。因碳纳米管具有与金刚石相近的硬度，却具有金刚石所没有的良好柔韧性。除此以外，它还具有极高的熔点，这些都使得碳纳米管的应用前景相当广泛。
3。石墨烯
石墨烯[3]原本就存在于自然界中，但是一直没有有效的方法将其从石墨中剥离出来。直到2004年，Geim、 Novoselov采用一种简单的方法成功将其分离出来，从而使得这一物质最终暴露在公众眼前。
石墨烯是由碳原子构成仅仅一层原子厚度的二维晶体，可称为是世界上最薄的材料，但同时它质地坚韧，强度比同质量的钢铁要高上数百倍。如果用一毫克的石墨烯制成面积一平方米的吊床，那么他便足以轻松支撑起重达一千克的重物。除此以外，其出色的导电性能使其成为硅的最佳替代品之一。若将其制成超微晶体管，用于计算机方面，处理器运算速度将会大大提升，这对我们现在的生活生产活动会是翻天覆地的变化。石墨烯还因其透明、致密的特点，可替代易碎的玻璃制品，制成触摸显示屏、太阳能电池板等等。石墨烯最令人惊喜的还是其在电池方面的强大性能。数年前，美国一个研究所便发明了一种以石墨烯为原料的微型超级电容器，其充电速度极为快速，远超传统材料，而且质量十分轻巧，制作也较为简单方便。美国Nanotek仪器公司也开发出了以石墨烯为原料的电池，充电时间仅需一分钟左右。若能最终运用于实际应用方面，整个电池产业乃至新能源产业都将是巨大的革新。文献综述