碳纳米管粉体高温石墨化的研究

第23卷 第2期2003年6月

航空材料学报

JOURNAL OF AERONAUT ICAL MATERIALS

Vol.23No.2

June.2003碳纳米管粉体高温石墨化的研究

曹茂盛1,2,李辰砂1,朱 静1

(1.清华大学材料科学与工程研究院,北京100084; 2.北京理工大学材料科学与工程学院,北京100081)

摘要:对碳纳米管粉体在高温和高压进行处理,使其中的非晶碳转变成晶态碳,达到净化目的。通过透射电镜、拉曼光谱分析、比表面积测试、二氧化碳和空气氧化后的失重测试,证实石墨化程度有显著提高。说明对碳纳米管粉体的高温石墨化可以改变碳纳米管性能。

关键词:碳纳米管;石墨化;高温氧化

中图分类号:T B383 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2003)02-0030-04

碳纳米管(CNTs)是1991年日本NEC公司的Iijima[1]用电弧法制备C60时在阴极沉淀物中发现的。这种中空管状物的直径只有0.7~30nm,所以称作碳纳米管(C NTs)。1992年T.W.Ebbesen[2]等人用电弧法成功地制出了克量级的C NTs,随后各种制备C NTs的方法相继出现。CNTs作为一种新型的碳材料,它的独特中空管状结构,纳米级的尺寸,高的有效比表面积,优异的电化学稳定性和电学性质,使其具有许多潜在的应用价值。围绕着如何提高碳纳米管原始粉体的石墨化程度,从而构想CNTs在工程材料的纳米增强相新型半导体材料、发光与显示材料、新型能源材料、催化剂载体等方面的应用研究成为近年来的重要课题。

C NTs属于晶态碳,其管壁与石墨的结构一样。但通常批量或规模化生产的C NTs粉体中含有不少非晶碳。这些因素降低了C NTs的性能,从而影响了CNTs的应用[3]。对C NTs的处理是许多工作者多年研究的课题,有的工作者采用空气氧化或强酸处理法去除非晶碳[4,5],产生了一定效果,但工序复杂,且原料损耗大。高温石墨化是提高碳基材料晶化程度,提高碳基材料各种性能的有效方法之一[6,8]。本文实验在2200 ,4atm下对催化裂解法生产的C NTs粉体进行处理。使其中的非晶态碳转变为晶态碳,达到减少非晶碳的目的。通过对处理样品的透射电镜、拉曼光谱、比表面测试、空气和二氧化碳氧化后的失重比较等

收稿日期:2002-06-06;修订日期:2002-12-12

基金项目:科技部863专项资助课题(2002AA305509)

作者简介:曹茂盛(1961-),男,博士后,教授,主要从事低维纳米材料和纳米隐身材料研究。多方面测试结果显示,本文的实验产生了很好的石墨化效果。

1 实验方法

1.1 C NTs粉体的高温石墨化

采用丙烯催化裂解法制备的CNTs,用氢氟酸和浓硝酸进行处理,去除其中硅藻土和金属粒子。采用球磨的方法将团块状CNTs适当分散后,即获得CNTs原始粉体。采用日本富士电波株士会社生产的HI GH MULTI5000多功能烧结炉,在高压惰性气体保护下高温石墨化,为了探索经济实用的CNTs的石墨化工艺,在不同温度、不同压力下和不同时间的条件下进行试验,最后得到一组较佳的石墨化处理工艺。

1.2 C NTs粉体的高温氧化失重试验

采用二氧化碳氧化和空气氧化两种方法进行高温氧化失重试验,将一定量的C NTs粉体(10g)均匀地平铺在石英舟内,放置于炭化炉内,于氩气保护下升温至预定温度800 ,改通二氧化碳,流量为2000ml min,持续1h,重新通氩气降至常温;将一定量CNTs粉体(10g)均匀地平铺在石英舟内,在炭化炉炉门敞开的条件下,升温至预定温度,将石英舟放置于炭化炉内,持续20min,取出降至常温。

1.3 C NTs粉体的结构与性能表征方法

采用透射电镜直接观察CNTs粉体的微观结构,所用仪器为JE M-2010F透射电镜。比表面测试采用BE T法,仪器为SORP TOMATIC1990.Ther-moQuest Italia S.P.A。拉曼谱测试采用RM2000拉曼光谱仪。用恒流法测出粉体电阻,换算成电阻率。

2 实验结果及分析

2.1 非晶碳成因

伴生于CNTs的非晶碳是碳氢化合物气体在一定温度下分解而在催化剂粒子以外的载体上形成碳的沉积过程,首先是形成若干自由基,自由基经过凝结与聚合被吸附于基体表面。C NTs则是碳氢化合物气体分解而在纳米催化剂颗粒表面定向生长而成,管壁具有规则的石墨平面层结构。石墨结构为以六角环形平面状大分子构成的层片为主体,层片之间相互平行,以氢键作用相互结合。非晶碳也是以六角环形平面状大分子为主体,但是许多平面状大分子之间的相对位置并不呈有序排列,即紊乱的层状结构,因此显不出石墨晶体的性质。为使六角环形片状体进入 三维有序排列 阶段,必须使片状体互相接近和并合,这需要足够的能量,这个能量由高温和一定的压力提供[7~9]。

2.2 高温石墨化过程分析

由非晶碳形成机理及石墨结构理论可知,晶态结构的石墨相对稳定,反应活性低,而非晶碳的微观缺陷多,反应活性高,前者抗氧化性高于后者[6]。因此,在高温高压惰性气氛下对原始C NTs 进行处理可以促进石墨化过程。为了确定经济高效率的石墨化工艺参数,详细考察了不同温度、压力和不同处理时间的石墨化化工艺。试验结果表明,在惰性气氛中,2000 以下,1~2MPa和4h处理,C NTs粉体的石墨化效果与原始CNTs粉体的石墨化程度相近,而在2200 ,4MPa和4h处理后的C NTs粉体石墨化程度较高。说明原始C NTs 粉体的石墨化需要在高温高压和保护性气氛下才能实现。进一步实验结果证实,在惰性气氛中, 2000 下,1~2MPa对原始C NTs粉体处理通常需要10~20h才能获得石墨化程度较高的CNTs粉体[9]。所以从节能和经济角度考虑,本文选择CNTs的高温石墨化工艺为:温度2200 ,压力4MPa,时间4h。

为了检测CNTs的石墨化效果,首先通过高温下的空气和二氧化碳氧化实验来检验C NTs粉体的石墨化程度。从表1可以看出,经过石墨化处理的C NTs粉体的氧化失重率明显低于原始粉体,即经过800~900 下直接暴露于空气下20min,原始粉体几乎全部烧毁(原始粉体中的C NTs石墨化程度很低,抗氧化能力较差),而石墨化后的粉体仍有剩余;经二氧化碳氧化作用后原始粉体有所损耗,而石墨化后的粉体未有减少或少量减少。说明经过石墨化处理C NTs粉体中,非晶碳含量已经大大降低,其石墨化程度显著提高。由于石墨化程度较高的CNTs在高温下结构比较稳定,而C NTs在空气和二氧化碳气氛下除了非晶碳因氧化而燃烧反应外,不存在其他异类反应可能性。因此,基本上可排除氧化失重实验后的CNTs粉体中存在其他物质的可能性[9]。

图1中的拉曼光谱曲线显示,原始粉体的非晶碳的峰值强度(1349.6)明显高于石墨的峰值强度(1583),石墨峰值强度与非晶碳峰值强度之比只有75%,说明非晶碳含量高于晶态碳。石墨化处理后的C NTs粉体的石墨峰值强度(1581.4)又明显高于非晶碳的峰值强度(1341.8),相应的比值达2 1,说明经氧化处理的CNTs粉体晶态碳含量明显高于非晶碳含量,石墨化程度明显提高。图2a中,细长的中空管状物为C NTs,混杂在C NTs 中的黑色絮状物或无规则形状物为非晶碳,该图显示原始CNTs管束中夹杂有大量非晶碳。图2b 图显示经石墨化处理后,非晶碳转变为结构规整、棱角分明的晶态碳,它们一部分附着于管壁上,使管壁略微出现粗细不均,另一部分则游离于碳纳米管之外。图2c为在高分辨透射电镜下原始C NTs中的非晶碳图像,纹理为碳环平面的纵向断面,其取向杂乱,基本上没有清晰的点阵结构,呈现非晶态结构。图2d为在高分辨透射

表1 CNTs粉体的氧化失重率和比表面积

T able1 The specific area and weight loss of C NTs before and after graphi tization Loss quality of oxidation %

Air oxidati on

Ox idation of carbon-dioxide

Original powders Graphi tization

powders

Original

powders

Graphitization

powders

Specific area m2 g-1

Specific resistance

cm-1

Original

powders

Graphitization

powders

Original

powders

Graphi tization

powders

800 100%70.12%24.62%0 900 100%78.78%51.44%10.55%198.67152.560.4340.189

31

第2期 碳纳米管粉体高温石墨化的研究

图1 石墨化前后的CNTs 粉体的拉曼图谱曲线

Fig.1 Raman spectrum of CNTs before and

after graphi tization

电镜下石墨化处理后的CNTs 中的晶态碳图像,其中的纹理排列规整,表明碳环平面经过互相接近和并合,达到或接近石墨结构的规整排列状态。

2.3 石墨化前后的CNTs 粉体的性能

应当指出,石墨化后的C NTs 粉体比表面积比原始粉体明显减小,这是因为在石墨化过程中,非晶碳中以六角环形片状体大分子为构造单元在高温下逐渐互相平行并重叠,相邻距离不断缩小,使得原有的平面层团之间的缝隙和孔消失。从表1还可以看出,石墨化后的粉体的比电阻比原始粉体显著下降,由于高温石墨化处理过程中,晶格

结构发生转化,非晶碳转变成晶态碳,在三维上晶体长大,晶格界面减小,电子在晶界上的散射也减小,

电阻率降低。

图2 CNTs 的形貌与微结构

(a)原始CNTs 的透射电镜照片;(b)石墨化后的C NTs 的透射电镜照片;(c)原始CNTs 的高分辨透射电镜照片;(d)石墨化后的C NTs 的高分辨透射电镜照片Fig.2 The micrograph and microstructure of C NTs

(a)TE M of original CNTs;(b)T E M of CNTs after grap hitization;(c)HRE M of original CNTs;(d)HREM of CNTs after graphi tization

3 结束语

高温石墨化可以有效地减小C NTs 粉体内的非晶碳,提高粉体的晶态程度,是改善CNTs 性质,提高其应用功能的一条有效途径。也就是说,对CNTs 经2200 和4atm 压力处理后,明显地提

高了石墨化程度,降低了非晶碳含量,是纯化C NTs 粉体的有效方法。参考文献:

[1]IIJIMA S.Helical microtubules of graphi tic carbon[J].Na -ture,1991,354(6348):56-58.

(下转第38页)

Preparation and characterization of nano -SiO 2 PI

on -target hybrid composite films

X U Y-i kun, Z HAN Mao -sheng

(Department of M aterials Sciences and Engineering,Beijing University of Aeronau tics and As tronautics,Beiji ng 100083,China)Abstract :Nano -SiO 2 PI on -target hybr id composite films with different contents of SiO 2were prepared by insitu polymerization.Experim -ents showed that nano -Si O 2 PI hybrid film produced by so-l gel i nsitu polymerization process was still transparent,even when the content of SiO 2amounted to 20wt%.Accordi ng to the resul ts of scanning electron microscopy (SEM),SiO 2nanoclusters wi th uni form diameter were dispersed in polyi mide matrices homogeneously.The thermal resistance,the dynamic mechanical property and the tensile property were in -creased to di fferent extent wi th the increase of the content of Si O 2,while the hygroscopicity decreased.All the results indicated that the pre -cursors of Si O 2were fixed onto the carboxyl groups (-COOH)of polyamic acid (PAA)macrochains at the beginning of the chemical re -action,and the SiO 2nanoclusters were produced insitu duri ng the following imidization process.There are a lot of silihydroxyl groups (-Si -OH)wi th high activity on the surface of SiO 2nanoclusters,which can react with carbonyl groups (>C=O)of the PI macrochains to form into hydrogen bonds,so it is expected to achieve on -target hybrid composite films.Key words :polyi mide;nano -SiO 2;on -target hybrid;so-l gel process;film;molecular structure

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *(上接第32页)

[2]EBBESEN T W,AJAYAN P https://www.wendangku.net/doc/6e10206899.html,rge -scale synthesis of

carbon nanotubes[J].Nature,1992,358(6383):220-222.[3]CHUNMING N,SICHEL E K.High power electrochemical

capaci tors based on carbon nanotube electrodes [J].Appl Phys Lett,1997,709(11):1480.

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尔滨工程大学出版社,2002.

[9]李辰砂.基于碳纳米管的双电层电容器及抗静电纤维

的研究[D].北京:清华大学,2002.

An approach of graphitizating carbon nanotubes at high temperature

C AO Mao -sheng 1,2

, LI Chen -sha 1

, ZHU Jing

1

(1.School of Material Science and Engineering,Tsinghua University ,Beijing 100084,China; 2.School of Material Science and Engineer -

ing,Beijing Institute of T echnology,Beijing 100081,China)

Abstract :The powders of carbon nanotubes (CNTs)are graphi tized under condition of high temperature and pressure to transform amor -phous carbon in CNTs.Measuremen t results,which are got through TEM,measurement of specific area,measurement of quality loss after being oxidized by CO 2and air,show that the amorphous carbon has been changed to crys talline carbon.The degree of grap hitization of car -bon nanotube powders is significant elevated.All these show that the properties of CNTs can be changed by means of the treatment of graph -itizing.

Key words :nanotube carbon;graphi tization;high temperature ox idation

石墨散热材料技术及市场调研报告

石墨散热材料技术及市场调研报告 一、散热材料概述 1.背景技术 随着科学技术和工业生产的发展，导热材料广泛应用于换热工程、采暖工程和电子信息等领域。同时人们对导热材料提出了新的要求，希望导热材料具有优良的综合性能，如在化工生产和废水处理中使用的热交换器既需要所用材料具有良好的导热性能，又要求其耐化学腐蚀和耐高温等。近几年来，在电子电气领域，由于集成技术和组装技术的迅速发展，电子元件和逻辑电路的体积成千成万倍地缩小，则更需要高导热性能的绝缘材料。 传统的导热材料大部分为金属（如Ag、Cu和Al等）、金属氧化物（如Al?O?、MgO和BeO等）以及其它非金属材料（如石墨、炭黑、AlN等）。众所周知，大多数金属材料的抗腐蚀性能差，目前采用合金和防腐涂层等技术提高金属的抗腐蚀性能，尽管这样提高了金属的抗腐蚀性能，却大大降低了材料的导热性能，因而限制了其在化工等领域的应用。 目前所使用的散热材料基本都是铝合金，但铝的导热系数并不是很高 （237W/mK），金和银的导热性能较高，但是价格太高，铜的导热系数次之 （398W/mK），但铜重量大，易氧化，且价格也不低。而石墨材料具有耐高温、重量轻（仅为传统金属导热材料的1/2-1/5）、热导率高、化学稳定性强、热膨胀系数小，取代传统的金属导热材料，不仅有利于电子仪器设备的小型化、微型化和高功率化，而且有效减轻电子元件的重量，增加有效载荷。但石墨硬度和机械强度远不如金属，这给后续加工带来了困难。 2.散热材料定义 散热材料是指各类电子元器件或者机械设备中散热装置所使用的具体材料。由于各种材料导热性能的差异，按导热性能从高到低排列，分别是银，铜，铝，

石墨烯介绍

1石墨烯概述-结构及性质 1.1 石墨烯的结构 石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化连接形成的单原子层二维晶体，碳原子规整的排列于蜂窝状点阵结构单元之中，如图1所示。每个碳原子除了以σ键与其他三个碳原子相连之外，剩余的π电子与其他碳原子的π电子形成离域大π键，电子可在此区域内自由移动，从而使石墨烯具有优异的导电性能。同时，这种紧密堆积的蜂窝状结构也是构造其他碳材料的基本单元，如图2所示，单原子层的石墨烯可以包裹形成零维的富勒烯，单层或者多层的石墨烯可以卷曲形成单壁或者多壁的碳纳米管。 图1 石墨烯的结构示意图 图2石墨烯：其他石墨结构碳材料的基本构造单元，可包裹形成零维富勒烯，卷曲形成一维 碳纳米管，也可堆叠形成三维的石墨 1.2石墨烯的性质 石墨烯独特的单原子层结构，决定了其拥有许多优异的物理性质。如前所述，石墨烯中的每个碳原子都有一个未成键的π 电子，这些电子可形成与平面垂直的π轨道，π 电子可在这种长程π 轨道中自由移动，从而赋予了石墨烯出色的导电性能。研究表明室温下载流子在石墨烯中的迁移率可达到15000cm2/(V·s)，相当于光速的1/300，在特定条件，如液氦的温度下，更是可达到250000cm2/(V·s)，远远超过其他半导体材料，如锑化铟、砷化镓、硅半

导体等。这使得石墨烯中的电子的性质和相对论性的中微子非常相似。并且电子在晶格中的移动是无障碍的，不会发生散射，使其具有优良的电子传输性质。同时，石墨烯独特的电子结构还使其表现出许多奇特的电学性质，比如室温量子霍尔效应等。由于石墨烯中的每个碳原子均与相邻的三个碳原子结合成很强的σ 键，因此石墨烯同样表现出优异的力学性能。最近，哥伦比亚大学科学家利用原子力显微镜直接测试了单层石墨烯的力学性能，发现石墨烯的杨氏模量约为1100GPa，断裂强度更是达到了130GPa，比最好的钢铁还要高100 倍。石墨烯同样是一种优良的热导体。因为在未掺杂石墨中载流子密度较低，因此石墨烯的传热主要是靠声子的传递，而电子运动对石墨烯的导热可以忽略不计。其导热系数高达5000W/(m·K), 优于碳纳米管，更是比一些常见金属，如金、银、铜等高10 倍以上。除了优异的传导性能及力学性能之外，石墨烯还具有一些其他新奇的性质。由于石墨烯边缘及缺陷处有孤对电子，使石墨烯具有铁磁性等磁性能。由于石墨烯单原子层的特殊结构，使石墨烯的理论比表面积高达2630m2/g。石墨烯也具备独特的光学性能，单层石墨烯在可见光区的透过率达97%以上。这些特性使石墨烯在纳米器件、传感器、储氢材料、复合材料、场发射材料等重要领域有着广泛的应用前景。 图3石墨烯的应用 2石墨烯聚酯复合材料的制备方法 由于石墨烯优异的性质以及低的成本，石墨烯作为聚合物纳米填料被广泛报道。为了获得优异性能的聚合物/石墨烯复合材料，首先要保证石墨烯在聚合物基体中均匀分散。石墨烯的分散与制备方法、石墨烯表面化学、橡胶种类以及石墨烯-橡胶界面有着密切关系。聚合物/石墨烯复合材料的制备方法主要有溶液共混、熔体加工、原位聚合和乳液共混四种方法。 2.1 溶液共混法 溶液共混法主要是采用聚合物本身聚合体系的有机溶剂,充分分散石墨烯于体系中，随着体系聚合反应进行，最后石墨烯均匀分散并充分结合于聚合物基体中，得到石墨烯/聚合物复合材料的一种方法。通常先制备氧化石墨烯作为前驱体,对其进行功能化改性使之能在聚合体系溶剂中分散，还原后与聚合物进行溶液共混，从而制备石墨烯/聚合物复合材料。通过溶液共混制备复合材料的关键是将石墨烯及其衍生物均匀分散在能溶解聚合物的溶剂中。

碳纳米管;石墨烯;及碳纳米管-石墨烯复合材料

目录 摘要 ................................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................................. I I 1 石墨烯. (1) 1.1 石墨烯简介 (1) 1.2 石墨烯的结构和性质 (2) 1.2.1 石墨烯的结构 (2) 1.2.2 石墨烯的性质 (4) 1.3 石墨烯的表征 (5) 1.4 石墨烯的主要制备方法 (6) 2 碳纳米管 (8) 2.1 碳纳米管的发现及发展历程 (8) 2.2 碳纳米管的结构和分类 (9) 2.2.1碳纳米管的结构 (9) 2.2.2碳纳米管的分类 (11) 2.3 碳纳米管的生长机理 (12) 2.3.1 顶部生长机理 (12) 2.3.2 底部生长机理 (13) 2.4 碳纳米管的性能 (14) 2.4.1 碳纳米管的力学性能 (14) 2.4.2 热学性能 (14) 2.4.3 碳纳米管的电学性能 (15) 2.4.4 光学性能 (16) 2.5碳纳米管的制备 (16) 2.5.1 电弧放电法 (16) 2.5.2 激光蒸发法 (17) 2.5.3 化学气相沉积法 (18) 2.6.碳纳米管的预处理 (19) 2.6.1 碳纳米管的纯化 (19) 2.6.2 碳纳米管的分散 (19) 2.6.3碳纳米管的活化 (20) 2.7碳纳米管的应用 (20) 2.7.1 在电磁学与器件方面 (20) 2.7.2 在信息科学方面 (21) 2.7.3 储氢方面 (21) 2.7.4 制造纳米材料方面 (21) 2.7.5 催化方面 (22) 2.8 存在问题及发展方向 (22) 3碳纳米管/石墨烯复合材料 (22) 3.1 从碳纳米管、石墨稀到碳纳米管/石墨稀复合材料发展历程 (22) 3.2 碳纳米管/石墨烯复合材料结构 (23)

石墨化

1 直流石墨化炉 直流石墨化炉(DC graphitization furhace) 以炭素焙烧品和电阻料为炉芯，通入直流电，生产人造石墨制品的一种电阻炉。由于炉芯的电阻(主要是电阻料的电阻)，电流流过时电能即转变为热能，而将炭素焙烧品加热到2000～3000℃的高温，完成石墨化过程而成为人造石墨。它与交流石墨化炉都同属于艾奇逊炉。 简史20世纪60年代，直流石墨化技术在欧美发达国家开始发展起来，它与交流石墨化炉比较，具有容量大、产品质量好、能耗低等显著优点，因而引起世界各国的普遍兴趣和关注。中国直流石墨化炉的起步稍晚。1972年10月北京炭紊厂用3000kV?A整流变压器配9m 的炉子首先应用在生产上，与交流炉相比，不仅送电时间短，而且节电25％以上。1973年1月南通炭素厂用13500kV?A整流变压器配18m的炉子投入生产后，也取得了缩短通电时间20h，电耗降到4000kW?h／t以下的成绩。1975年9月吉林炭素厂16000kV?A的大直流和石家庄石墨电极厂的3340kV?A直流炉同时投产。截止到1986年中国原来拥有的13.6万kV?A的交流石墨化炉，只占当年石墨化炉总装机容量的27％。而直流石墨化炉，装机容量达到了17.5万kV?A，占73％。使中国石墨化技术水平上了一个新台阶。 炉子结构及特点直流石墨化炉和交流石墨化炉除了供电设备不同外，炉子本体的结构完全一样。直流石墨化炉的供电设备由三相交流主调和一变压器及相应的整流设备组成。 以直流电的方式向炉子供电具有如下优点：(1)由于采用的供电变压器是三相的，对电网不会产生三相负荷不平衡的影响。可以增大变压器的容量，可强化石墨化工艺，增大石墨化炉容量。(2)整个供电线路上的功率因数较高，达到0.9以上，对电能的有效利用率得到提高。 (3)直流电没有交变磁场和电感损失，也没有表面效应及l临近效应等电的损失，电效率较高。 石墨化过程的强化直流石墨化炉供电条件的改善为强化石墨化过程创造了条件。由于电网对使用变压器的容量没有限制，可以采用大功率的变压器和整流机组，直流电的损失小，利用率高，所以炉芯可以得到更多的电能。如以适当大小的炉芯相配合，单位体积的功率达到160kW／m3(比交流炉大60％)以上，电流密度达到2.0A／cm2(比交流炉大100％) 以上，具备了这样的条件，就可以实现快速送电，使石墨化的温度在较短的时间内达到2700℃(比交流炉提高约400℃)。由于送电时间缩短，便可以提高炉子产能，降低石墨化的电耗，一般可降到4000kW?h／t以下(比交流炉降低约20％)，石墨化温度的提高，使石墨化进行得更完全，因此提高了产品质量。总之，在直流石墨化炉上可以实现大功率、高电密、快曲线的操作，使石墨化生产达到高产、优质、节电的目标，这便是石墨化过程的强化。以16000kV?A的直流石墨化炉与5000kV?A的交流石墨化炉为例．其技术经济指标见表。 石墨化过程的强化，除了在设备上要采用大容量的整流变压机组，炉子的长度和炉芯面积要适当增加并与变压器匹配外，在工艺操作上还要采取如下措施：(1)采用低电阻率的电阻料

石墨电极的原料及制造工艺

石墨电极的原料及制造工艺 一、石墨电极的原料 1、石墨电极 是采用石油焦、针状焦为骨料，煤沥青为粘结剂，经过混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化、机械加工等一系列工艺过程生产出来的一种耐高温石墨质导电材料。石墨电极是电炉炼钢的重要高温导电材料，通过石墨电极向电炉输入电能，利用电极端部和炉料之间引发电弧产生的高温作为热源，使炉料熔化进行炼钢。其他一些冶炼黄磷、工业硅、磨料等材料的矿热炉也用石墨电极作为导电材料。利用石墨电极优良而特殊的物理化学性能，在其他工业部门也有广泛的用途。2、石墨电极的原料 生产石墨电极的原料有石油焦、针状焦和煤沥青 （1）石油焦 石油焦是石油渣油、石油沥青经焦化后得到的可燃固体产物。色黑多孔，主要元素为碳，灰分含量很低，一般在%以下。石油焦属于易石墨化炭一类，石油焦在化工、冶金等行业中有广泛的用途，是生产人造石墨制品及电解铝用炭素制品的主要原料。 石油焦按热处理温度区分可分为生焦和煅烧焦两种，前者由延迟焦化所得的石油焦，含有大量的挥发分，机械强度低，煅烧焦是生焦经煅烧而得。中国多数炼油厂只生产生焦，煅烧作业多在炭素厂内进行。 石油焦按硫分的高低区分，可分为高硫焦（含硫%以上）、中硫焦(含硫%%)、和低硫焦(含硫%以下)三种，石墨电极及其它人造石墨制品生产一般使用低硫焦生产。 （2）针状焦 针状焦是外观具有明显纤维状纹理、热膨胀系数特别低和很容易石墨化的一种优质焦炭，焦块破裂时能按纹理分裂成细长条状颗粒（长宽比一般在以上），在偏光显微镜下可观察到各向异性的纤维状结构，因而称之为针状焦。 针状焦物理机械性质的各向异性十分明显, 平行于颗粒长轴方向具有良好的导电导热性能，热膨胀系数较低，在挤压成型时，大部分颗粒的长轴按挤出方向排列。因此，针状焦是制造高功率或超高功率石墨电极的关键原料，制成的石墨电极电阻率较低，热膨胀系数小，抗热震性能好。 针状焦分为以石油渣油为原料生产的油系针状焦和以精制煤沥青原料生产的煤系针状焦。 （3）煤沥青 煤沥青是煤焦油深加工的主要产品之一。为多种碳氢化合物的混合物，常温下为黑色高粘度半固体或固体，无固定的熔点，受热后软化，继而熔化，密度为－cm3。按其软化点高低分为低温、中温和高温沥青三种。中温沥青产率为煤焦油的54－56％。煤沥青的组成极为复杂，与煤焦油的性质及杂原子的含量有关，又受炼焦工艺制度和煤焦油加工条件的影响。表征煤沥青特性的指标很多，如沥青软化点、甲苯不溶物（TI）、喹啉不溶物（QI）、结焦值和煤沥青流变性等。 煤沥青在炭素工业中作为粘结剂和浸渍剂使用，其性能对炭素制品生产工艺和产品质量影响极大。粘结剂沥青一般使用软化点适中、结焦值高、β树脂高的中温或中温改质沥青，浸渍剂要使用软化点较低、 QI低、流变性能好的中温沥青。 二、石墨电极的制造工艺

石墨烯、碳纳米管总结

第四、五章总结 石墨烯、碳纳米管的化学生物传感 一、石墨烯和碳纳米管 1、石墨烯是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，其理论厚度仅为0.35 nm，是目前所发现的最薄的二维材料。石墨烯是构成其它石墨材料的基本单元，可以翘曲变成零维的富勒烯, 卷曲形成一维的CNTs或者堆垛成三维的石墨。 2、碳纳米管是由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成的纳米级中空管，其中每个碳原子通过sp 2杂化与周围3个碳原子发生完全键合。 由于石墨烯和碳纳米管独有的结构和奇特的物理、化学特性，迅速成为备受瞩目的国际前沿和研究热点。 二、石墨烯和碳纳米管的制备 1、石墨烯的制备 （1）机械剥离法(机械剥离法就是利用机械力，将石墨烯片从具有高度定向热解石墨表面剥离开来。是制备石墨烯最为直接的方法。但低产率和尺寸不易控制等缺点使该方法仅适用于实验室的基础研究。) （2）氧化石墨-还原法(利用KClO 和HNO 可以使石墨层深度氧化，获得氧化石墨(GO)，GO与石墨烯具有类似的平面结构，以其为前体采用适当的还原方法可以使其表面的功能团消除，获得石墨烯材料。) （3）化学气相沉积法(采用一定化学配比的气体为反应物，在特定激活条件下，通过气相化学反应可在不同的基片表面生成石墨烯膜层。优点一、获得单层石墨烯比例大，二、结晶完整度高。缺点：成本高产量低。) 2、碳纳米管的制备方法 自发现CNTs以来人们尝试了多种方法进行制备研究，取得了一定的进展。如电弧法、激光蒸发法、催化裂解法等。在以上许多的制备方法中，有一个共同的特点，即产生小的碳(Cn)组分以使CNTs生长，从这一点来看，各种合成方法的区别在于产生碳组分的方法不同。电弧法和激光蒸发是由电极或靶蒸发产生的碳蒸气；催化裂解法是由碳氢化合物与催化剂相互作用产生的碳蒸气。 三、石墨烯和碳纳米管的功能化 所谓功能化就是利用石墨烯和CNTs在制备过程中表面产生的缺陷和基团通过共价、非共价或掺杂等方法，使石墨烯或CNTs表面的某些性质发生改变，更易于研究和应用。由于石墨烯和CNTs具有类似的结构，而且表面都含有羧基、羰基等含氧基团，因此对两者表面进行功能化的方法可以一致，即共价键合功能化和非共价键合功能化 四、石墨烯和碳纳米管在化学生物传感技术中的应用 1、石墨烯的应用 （1）基于其荧光效应LuCH等通过标记荧光染料的单链DNA吸附于氧化石墨烯上制备出一种复合物，进而用于目标单链DNA的检测。 （2）基于其载体作用Zhang Y等发展了一种制备Fe3O4纳米粒子-氧化石墨烯复合材料的新方法，该复合材料可以实现磁靶向纳米药物输运等用途。 （3）基于其拉曼效应M.Manikandan等分别用原位合成和混合超声的方式

石墨烯碳纳米管散热涂料技术

石墨烯碳纳米管散热涂料技术 （1）项目背景 碳材料是目前人类认知的材料中功能最全、性能最优越、形式最多样的材料，是目前所有已知划时代材料所有不能比拟的，继硅时代之后21世纪甚至有望成为碳材料时代。尤其是纳米碳材料丰富的形态，涵盖从零维、一维到二维结构， 每一次纳米碳材料的出现都引领了纳米科技的快速发展。其中，碳纳米管可看成是一种石墨片卷曲结构，超强的C-C键使碳纳米管具有超强的力学性能和热传 导性能，理论计算和实际测量表明，单壁碳纳米管拉伸强度可达150 GPa，弹性模量1TPa，是钢铁的100倍，密度却只有其1/6，被誉为终极碳纤维。同时单壁碳纳米管室温导热系数高达6000W/m.K，多壁碳纳米管的室温导热系数也达3000W/m.K，是热导率最高的材料。同时，碳纳米管比表面积大，被誉为世界上 最黑的物质，这种物质对光线的折射率只有0.045%，吸收率高达99.5%以上，辐射系数接近绝对黑体的 1.0。另外还具有优异的导电性能和超高的载流子输送 密度，导电率接近金属，载流能力超过金属铜。众多优异综合性能使碳纳米管自发现以来受到极大关注，是纳米材料和纳米技术的最典型代表，是散热涂料和复合材料最理想的功能填料。 碳纳米管在功能涂料领域主要发挥以下主要作用： （1）导电填料：碳纳米管的导电阈值低至0.1wt%，而传统炭黑却高达15wt%以上，碳纳米管可以在极少量添加的情况下即达到目前炭黑型导电涂料的 性能，避免大量无机炭黑添加对涂料工艺性的负面影响。因此，碳纳米管在抗静电涂料、电磁屏蔽涂料、重防腐涂料等领域具有显著优势。同时还能利用其电致发热的作用，开发新型的节能加温、保温涂料，在家居地暖加温、仪器设备保温等新型市场具有极大的商业前景。 （2）散热填料：碳纳米管不仅具有超高的热导率，同时还具有接近理论黑体的辐射率，以此加强其红外辐射散热功能，因此新型散热涂料将有望改变目 前散热模式，大大提高热交换能力。 （3）力学增强填料：充分发挥碳纳米管一维结构的优势，在涂层内部形成增强网络，将使涂料力学性能大大提高，尤其是耐磨性、硬度等，甚至可形成

炭素工艺学

炭素材料的制备原料 1、石油焦 2、沥青焦 3、冶金焦 4、无烟煤 5、煤沥青 6、其他辅助原料 1、石油焦 石油焦是石油炼制过程中的副产品。石油经过常压或减压蒸馏，分别得到汽油、煤油、柴油和蜡油，剩下的残余物称为渣油。将渣油进行焦化便得到石油焦。因而石油焦的性质主要取决于渣油的种类。 石油焦是生产各种炭素材料的主要原料。这种焦炭灰分比较低，一般小于1％。 石油焦在高温下容易石墨化。石油焦的特性对炭素材料的性能有很大影响。 延迟焦化是将原料经深度热裂化转化为气体烃类，轻、中质馏分油及焦炭的加工过程。 原料一般是深度脱盐后的原油经减压蒸馏所得的渣油。有时在减压渣油中配有一定比例的热裂化渣油或页岩油。 （1）焦化反应 石油焦是由渣油经过焦化工艺而制得的产品。渣油的组成很复杂。渣油与原油同样都是由各种烃类和烃类化合物组成的。在渣油中还有沥青质组分。它与沥青焦有相似之处，但它含有较多氧、氮、硫。在重柴油馏分中沥青质脱去一个脂族基便能转化为树脂质。树脂质和沥青质在高温下会进行缩聚反应，最后可得焦炭。 渣油的焦化反应可归纳为： 1) 渣油中的树脂质—沥青质—焦炭 2) 渣油中的芳香烃等—高分子缩聚物—树脂质—沥青质—焦炭 3) 渣油中的烷烃、环烷烃、带长侧链稠环—芳香烃—高分子缩聚物—树脂质—沥青质—焦炭 （2）石油焦的分类 根据石油焦结构和外观，石油焦产品可分为针状焦、海绵焦、弹丸焦和粉焦4种。 根据硫含量的不同，可分为高硫焦和低硫焦。 石油焦按照硫含量、挥发分和灰分等指标的不同,分为3个牌号,每个牌号又按质量分为Ａ、Ｂ两种。 根据原料渣油的不同，石油焦又分为裂化石油焦、常减压石油焦和页岩石油焦 2、沥青焦 沥青焦是一种含灰分和硫分均较低的优质焦炭，它的颗粒结构致密，气孔率小，挥发分较低，耐磨性和机械强度比较高，其来源是以煤沥青为原料，采用高温干馏（焦化）的方式制备而得。 沥青焦虽然也是一种易石墨化焦，但与石油焦相比，经过同样的高温石墨化后，真密度略低，且电阻率较高、线膨胀系数较大。沥青焦是生产铝用炭素阳极和阳极糊的原料，也是生产石磨电极、电炭制品的原料。 生产沥青焦的原料是中温沥青和高温沥青，高温沥青是中温沥青在氧化釜中用热空气氧化而成。高温沥青粘度大，装炉温度较高，挥发分含量小，有利于装炉操作。 由于沥青焦成焦温度较高，达到1300～1350℃，所以不经煅烧也可以直接使用。但沥青焦从炼焦炉中推出后采用浇水熄火，一般水分含量大，所以在生产中它与石油焦一起按比

石墨电极的生产工艺流程和质量指标的及消耗原理知识讲解

石墨电极的生产工艺流程和质量指标的及 消耗原理

目录 一、石墨电极的原料及制造工艺 二、石墨电极的质量指标 三、电炉炼钢简介及石墨电极的消耗机理 石墨电极的原料及制造工艺 ●石墨电极是采用石油焦、针状焦为骨料，煤沥青为粘结剂，经过混 捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化、机械加工等一系列工艺过程生产出来的一种耐高温石墨质导电材料。石墨电极是电炉炼钢的重要高温导电材料，通过石墨电极向电炉输入电能，利用电极端部和炉料之间引发电弧产生的高温作为热源，使炉料熔化进行炼钢。其他一些冶炼黄磷、工业硅、磨料等材料的矿热炉也用石墨电极作为导电材料。利用石墨电极优良而特殊的物理化学性能，在其他工业部门也有广泛的用途。生产石墨电极的原料有石油焦、针状焦和煤沥青 ●石油焦是石油渣油、石油沥青经焦化后得到的可燃固体产物。色黑 多孔，主要元素为碳，灰分含量很低，一般在0.5%以下。石油焦属于 易石墨化炭一类，石油焦在化工、冶金等行业中有广泛的用途，是生产人造石墨制品及电解铝用炭素制品的主要原料。 ●石油焦按热处理温度区分可分为生焦和煅烧焦两种，前者由延迟 焦化所得的石油焦，含有大量的挥发分，机械强度低，煅烧焦是生焦经煅烧而得。中国多数炼油厂只生产生焦，煅烧作业多在炭素厂内进行。 ●石油焦按硫分的高低区分，可分为高硫焦（含硫1.5%以上）、中 硫焦(含硫0.5%-1.5%)、和低硫焦(含硫0.5%以下)三种，石墨电极及其它人造石墨制品生产一般使用低硫焦生产。 ●针状焦是外观具有明显纤维状纹理、热膨胀系数特别低和很容易石 墨化的一种优质焦炭，焦块破裂时能按纹理分裂成细长条状颗粒（长宽比一般在1.75以上），在偏光显微镜下可观察到各向异性的纤维状结 构，因而称之为针状焦。 ●针状焦物理机械性质的各向异性十分明显, 平行于颗粒长轴方向具 有良好的导电导热性能，热膨胀系数较低，在挤压成型时，大部分颗粒的长轴按挤出方向排列。因此，针状焦是制造高功率或超高功率石墨电极的关键原料，制成的石墨电极电阻率较低，热膨胀系数小，抗热震性能好。 ●针状焦分为以石油渣油为原料生产的油系针状焦和以精制煤沥青 原料生产的煤系针状焦。 ●煤沥青是煤焦油深加工的主要产品之一。为多种碳氢化合物的混合 物，常温下为黑色高粘度半固体或固体，无固定的熔点，受热后软化，继而熔化，密度为1.25－1.35g/cm3。按其软化点高低分为低温、中温和高温沥青三种。中温沥青产率为煤焦油的54－56％。煤沥青的组成极为复杂，与煤焦油的性质及杂原子的含量有关，又受炼焦工艺制度和煤焦油加工条件的影响。表征煤沥青特性的指标很多，如沥青软化点、甲苯不溶物（TI）、喹啉不溶物（QI）、结焦值和煤沥青流变性等。

石墨电极编程作业

目的: 为了完善公司的编程管理制度,电脑文档管理,编程方法,加工参数,程序单制做,各种类型的工件的刀路编写能有固定.统一的制度及方法。以达到公司各类型产品制做周期准时，确保生产编排运作正常，产品质量稳定，赢得客户信任。和提高编程技术人员编程技能之目的。 目录： 1．电脑管理制度。 2．图档管理及NC程序管理规范。 3．程序单编写归定。 4．一般类型电极编程技巧及实例。 5．超行程电极的编程方法。 6．喇叭网孔电极编程方法。 7．EROWA制具使用方法。 8．长条（小电极用）夹具组使用方法。 电脑管理制度 1.1 每台电脑责任人必须管理好所用电脑及其各组件之保护及保养，

以确保无遗失，无损坏，能够长期正常运作。 1.2 电脑外表面必须每天清理.主机箱每周清理一次。 1.3 电脑不得私自更改.添加及删除用户名和密码。 1.4 未经主管批准.不得安装工作必须使用的软件之外的任何电脑程序及软件.如:游戏.音乐.非本公司常用编程软件等。 1.5不得私自拷贝.删除公司电脑内的任何资料。 1.6电脑如有硬件方面故障要及时填写“电脑维修申请单”交由电脑 部处理。 图档管理及NC程序管理规范 电极编程技巧及实例 特别说明:骨位电极侧面光刀一般选用平底刀或平底R角刀,其加工步距一定要跟据骨位斜度设定加工下切步距.我公司归定为:从0到0.5度每刀下切0.22MM, 从0.5到1度每刀下切0.2MM, 从1到2度每刀下切0.17MM, 从2到5度每刀下切0.12---0.15MM,如斜度大于5度可跟据电极型壮选合理的刀具及步距(一般用球头刀)。 扫顶程序:（目的：铲掉高度方向多余材料）每个电极必须要有扫顶程序，编程用“偏置粗加工策略”分2层加工，每层下2MM，高度方

简述碳纳米管和石墨烯的成建构成

1、简述碳纳米管和石墨烯的成建构成？ 碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。 碳纳米管(carbon nanotubes，CNTs)作为碳的第四种同素异形体，由于其准一维的管状纳米结构，以及独特的机械、电子传导、气体吸附等性质，越来越被人们所关注和研究，并已在多种领域得到广泛的应用。 2、碳纳米管的性能由直径D和手性角θ来确定。已知碳纳米管单胞的手性矢量为C=na1+ma2 ，试推导碳纳米管直径D和手性角θ表达式。当（n，m）为（8，0），（8,4），（8,3）时判断碳纳米管类型。 CNTs的性能由它们的直径和手性角θ来确定，而这两个参数又取决于两个整数n和m值，Ch=na1+ma2，a1和a2为CNTs一个单胞的单位矢量。手性矢量形成了纳米管圆形横截面的圆周，不同的m和n值导致了不同的纳米管结构1,5。 碳纳米管依其结构特征可以分为三种类型：扶手椅形纳米管（armchair form），锯齿形纳米管（zigzag form）和手性纳米管（chiral form）。碳纳米管的手性指数（n，m）与其螺旋度和电学性能等有直接关系，习惯上n>=m。当n=m时，碳纳米管称为扶手椅形纳米管，手性角（螺旋角）为30o；当n>m=0时，碳纳米管称为锯齿形纳米管，手性角（螺旋角）为0o；当n>m≠0时，将其称为手性碳纳米管。 根据碳纳米管的导电性质可以将其分为金属型碳纳米管和半导体型碳纳米管：当n-m=3k(k为整数)时，碳纳米管为金属型；当n-m=3k±1，碳纳米管为半导体型。

碳纳米管的性质与应用

碳纳米管的性质与应用 【摘要】 本文主要介绍了碳纳米管的结构特点，制备方法，特殊性质，由于碳纳米管独特性质而产生的广泛应用，并对其前景进行展望。 【关键词】 碳纳米管场发射复合材料优良性能 【前言】 自日本NEC科学家Lijima发现碳纳米管以来，碳纳米管研究一直是国际新材料领域研究的热点。由于碳纳米管具有特殊的导电性能、力学性质及物理化学性质等，故其在许多领域具有其广阔的应用前景，自问世以来即引起广泛关注。目前，国内外有许多科学家对碳纳米管进行研究，科研成果颇丰，尤其是碳纳米管在复合材料、储氢及催化等领域的应用。 【正文】 一、碳纳米管的结构 碳纳米管中碳原子以sp2杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的sp3杂化键，即形成的化学键同时具有sp2和sp3混合杂化状态，而这些p 轨道彼此交叠在碳纳米管石墨烯片层外形成高度离域化的大π 键，碳纳米管外表面的大π 键是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础[1]。 对多壁碳纳米管的光电子能谱研究结果表明，不论单壁碳纳米管还是多壁碳纳米管，其表面都结合有一定的官能基团，而且不同制备方法获得的碳纳米管由于制备方法各异，后处理过程不同而具有不同的表面结构。一般来讲，单壁碳纳米管具有较高的化学惰性，其表面要纯净一些，而多壁碳纳米管表面要活泼得多，结合有大量的表面基团，如羧基等。以变角X 光电子能谱对碳纳米管的表面检测结果表明，单壁碳纳米管表面具有化学惰性，化学结构比较简单，而且随着碳纳米管管壁层数的增加，缺陷和化学反应性增强，表面化学结构趋向复杂化。内层碳原子的化学结构比较单一，外层碳原子的化学组成比较复杂，而且外层碳原子上往往沉积有大量的无定形碳。由于具有物理结构和化学结构的不均匀性，碳

新型石墨化炉技术

※串接石墨化炉(lengthwise graphitization furnace) 一种直接把电流通入串接起来的焙烧制品，利用制品本身的电阻使电能转为热能，将制品石墨化的一种电阻炉。简史这种炉型也称卡斯特纳炉，是HY．Castner于1896年首先发明，并获得专利的，其基本原理是将焙烧电极卧放在炉内，按其轴线串接成行，然后固定在两根导电电极之间，为减少热损失，在焙烧电极周围覆盖了保温料。通电后，电流直接流向电极，依靠其本身的电阻发热，并迅速升温，仅10h左右即可达到石墨化需要的温度，使生产周期大为缩短。串接式炉在送电过程中，电流在电极内分布均匀，从而使得电极在升温时，表里的温差很小，虽然高速升温，却不会导致制品开裂，使得缩短生产周期成为可能，同时由于不依靠电阻料来传递热量，当然也没有这部分的热量消耗，仅这两项，构成了串接式炉比艾奇逊炉更为节能的基础，并且还具有生产操作采用自动化控制，改善劳动条件等优点。尽管串接式炉在工艺方法上比艾奇逊炉优越，但由于炉子结构本身存在的技术难题，因而在相当长的时期内，世界各国的工业性生产上受到制约，远不如艾奇逊炉得到广泛的应用和发展。到l974年，前联邦德国西格里公司宣布了对串接式炉新的专利申请，1980年美国大湖炭素公司在美建成内串式石墨化车间，1978年前联邦德国KHD公司宣布他们的单排v形串接炉试验成功，可以将产品投放市场，其基本参数是：石墨化温度可生产的电极直径炉内电极排成行的长度生产周期输入的直流电流输入的直流电压电压控制范围一次电压频率电流密度电耗从以上的成果来看，串接式炉已具有和艾奇逊炉相抗衡的实力。 ※新型石墨化炉技术 新型石墨化炉技术改造工程项目是生产大规格超高功率石墨电极关键项目, 本项目是对公司现有的第2组石墨化炉进行改造,解决大型炭素制品石墨化工艺问题。 我国炭素生产石墨化工艺主要使用有近百年历史的艾奇逊式石墨化炉, 该炉结构简单,虽然公司已先后将交流炉改为直流炉,但是这种石墨化炉是一种温度不均匀的加热炉,炉芯各处温差较大,造成同一炉产品的理化指标波动较大。在通地加热期间70%的热能用于加热电阻炉、保温料、炉头、炉尾砌体上,造成通地时间长, 热损失大,炉体热效率只有30%,达不到石墨化过程的最高温度,石墨化工艺成品电耗高达5624kWh/t。该工艺存在着产品质量低、能耗高等缺点,尤其不适应生产大规格石墨制品。本项目拆除部分原有石墨化车间,新建5157.8m2厂房,引进吸收国外先进工艺技术和关键设备,采用世界先进水平的内热串接石墨化技术,解决大规格制品在石墨化过程中应力集中易开裂问题,提高石墨化内在质量和成品率；新建一组新型石墨化炉,包括保温料加工部、保温料真空吸料天车、电极端部处理装置、石墨化制品检测装置。本项目采用的新型卡斯特纳炉完全利用装入半成品的自身电阻加热, 不用电阻料,只有保温料,电流轴向通入使电极本身发热而产生高温,温升速度快,石墨化温度高达3000度以上,石墨化炉通电时,同一炉产品通过的电流相同, 通电后温度基本相同,因此石墨化程度好、裂纹少、成品率高。石墨化电耗从吨产品4500kWh降低到3000kWh左右。通过对比分析，串接石墨化的热效率高达49%，比艾奇逊式石墨化炉高出一倍。本项目实施后石墨化质量指标能超过《YB4090-92超高功率石墨电极行业标准》,达到国际先进水平,填补国内空白。内串石墨化工艺所用原、辅料、电力国内资源丰富,完全能够满足需要。

德国碳纳米管及石墨烯的发展概况

德国碳纳米管及石墨烯的发展概况 碳纳米管和石墨烯是世界材料行业飞速发展的产物，因为它们代表着更高的性能，更轻的质量，更可靠的环保责任。德国在该领域的研究虽然起步较晚，但随着其后续大量的投入，已经让它成为世界上相关产品研发的领跑者。碳纳米管和石墨的发展前景虽被看好，但高昂的制备成本和较低的产量却严重遏制其大规模应用。 图为：单壁碳纳米管（左），多壁碳纳米管（右） 随着行业对于材料性能的要求越来越高，传统材料的发展占空间逐渐走向萎缩，而高新科技材料将会取而代之成为行业选择的未来之路。众所周知，碳纳米管（CNTs）和石墨烯（graphene）及其复合材料因其卓越的电气及机械特性，已经在诸多领域，如光电，传感器，半导体器件，显示器，指挥，智能

纺织品和能量转换装置（例如，燃料电池，收割机和电池）等，显示出巨大的应用潜能。 从化学结构看，碳纳米管（CNTs）可以用作有机或无机半导体的替代物，但高昂的成本是目前限制其广泛用的最大难题。然而，碳纳米管作为一种新型材料有望在不久的将来实现成本低廉化大规模生产。 在电子学应用领域（电磁屏蔽除外），碳纳米管最大的用途是导体。它不仅具有高电导率，其材料还能呈现透明状，使用起来非常灵活便于拉伸。因此可以取代ITO，用于制作显示器，触摸屏，光电与显示母线和其他产品。经实验证明，碳纳米管的迁移率高于硅，这就意味着碳纳米管可以用于制造快速转换晶体管。此外，碳纳米管能够用于制备高性能的大面积加工设备，如印刷设备，从而帮助提高生产工艺，并显著降低生产成本。碳纳米管还适用于制造超级电容器，其原理是通过利用电容和晶体管的功率密度来平衡电池的能量密度，从而达到弥合电池和电容器的差距的目的。 从目前发展程度来看，碳纳米管的最大挑战是材料纯度，设备制造，以及对其他设备材料（如适当的电介质）的需要。但毋庸置疑的是其无法超越的性能优点（比如高性能，灵活

石墨设备技术及规格说明

石墨设备技术及规格说明书 南通远东化工设备有限公司 地址：江苏省南通市通京大道866号 邮编：226011 电话：++ 86 513 85670516 传真：++ 86 513 85666165 Http:// https://www.wendangku.net/doc/6e10206899.html, E-mail: sale@https://www.wendangku.net/doc/6e10206899.html, 日期：2011年8月23日

根据使用单位提供的使用工艺条件，同时结合我司在石墨行业的生产、制造、设计的经验，我司将根据国家最新石墨设备的制造标准选择、确定、设计、制造、检验所需设备，以满足使用工况条件需要，保证石墨设备可靠、长周期正常运行。 1.0 总则 本技术说明书对于石墨制设备的供货范围、设计、材料选择、制造、检验和验收等方面的进行了描述和界定。 2.0 设备设计标准和规范 2.1 石墨设备质量验收标准符合 HG/T 2370-2005 《石墨制化工设备技术条件》 HG/T 3113-1998 《YKA型圆块孔式石墨换热器》 TSG R0001-2004 《非金属压力容器安全技术监察规程》 GB/T21432-2008 《石墨制压力容器》 HG/T2736-1995 《石墨制三合一盐酸合成炉》 HG/T3189-2000 《水套式石墨氯化氢和成炉》 2.2 壳体、法兰符合GB150-1998 《钢制压力容器》 HG20593-97 《钢制管法兰、垫片、紧固件》 2.3 铸铁件符合GB/T 9439-1988 《灰铸铁件》 2.4 焊接形式符合GB985-88 《手工焊接接头型式和尺寸》 2.5 钢制零件符合GB150-1998 《钢制压力容器》 2.6 设备防腐漆按JB/T4711-2003执行，设备外露部分涂二度防锈漆一度面漆 2.7 设备运输、包装标准HG/T 2370-2005 《石墨制化工设备技术条件》 3.0 设备选材、设计、制造、检验、质量保证说明 3.1 选材 3.1.1石墨电极原材料：根据我公司多年石墨设备制造的经验，我公司将选取正规大型厂家生产的石墨化程度高、密度高、电阻率低、孔隙率低的优质石墨电极材料作为设备基材，能提供批量材料质保书，以有效保证设备的耐腐蚀性、耐温、耐压性能。性能要求如下：

石墨烯和纳米碳材料的导热性能的研究

石墨烯和纳米碳材料的导热性能的研究 Alexander A. Balandin 近年来，在科学领域和工程领域，人们越来越多地去关注导热性能好的材料。散热 技术已经成为电子工业持续发展的一个重要的话题，低维结构的材料在热传导方面显示 出了优异的性能。就导热能力而言，碳的同素异构体及其衍生品占据了举足轻重的地位。在室温下的碳材料的导热系数跨越了一个非常大的范围——超过了五个数量级——从导 热系数最低的无定型碳到导热系数最高的石墨烯和碳纳米管。在这里，我回顾一下以石 墨烯碳材料为热点的最近热性能的研究成果，碳纳米管和纳米级的碳材料在研究方面遇 到了不同程度的难题。在二维晶体材料方面，尤其是石墨烯，人们非常关注尺寸对热传 导的影响。我也描述了石墨烯和碳材料在电子传热机理上的应用前景。 实际生产应用和基础科学的发展表明了材料热性能研究的重要性。由于功耗散热水 平的提高，导热技术已经成为电子工业持续发展的一个非常重要的热点。对导热性能非 常好的材料的研究严重影响着下一代集成电路和3D 电子产品的设计进程。在光电子和 光子设备领域我们也遇到了类似的需要导热处理的问题。另外，电热能量转换技术需要 材料具有很强的抑制热扩散的能力。 材料的导热能力由其电子结构决定，所以一种材料热性能原理可以描述另外一种材 料的热性能现象。材料热性能的变化只是在纳米尺度上变化。由于声子散射边界的增多 或者声子色散的变化，纳米管和大多数晶体将不再传热。同时，对二维和一维晶体的热 传导理论的研究解释了材料内在优异的热传导性能的原因。二维晶体导热性能的差异意 味着不像非晶体那样，它恢复材料的热平衡不能仅仅靠晶体的非简谐振动，因为这不但 需要限制系统的尺寸，而且还需要掺杂进非晶体结构，这样才能符合热传导性能的物理 意义。这些发现引发了在低维系统中对傅里叶定律的实用性的非议。 碳材料具有非常多的同素异构体，在热性能方面占据了举足轻重的低位（如图， 1a ）。碳材料不同的同素异构体的热传导率跨越了很大的一个范围——五个数量级—— 非晶碳的热导率为0.01W . mK ?1 ，在室温条件下金刚石或者石墨烯的热导率为大约

德国碳纳米管及石墨烯的发展概况

德国碳纳米管及石墨烯 的发展概况 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】

德国碳纳米管及石墨烯的发展概况 碳纳米管和石墨烯是世界材料行业飞速发展的产物，因为它们代表着更高的性能，更轻的质量，更可靠的环保责任。德国在该领域的研究虽然起步较晚，但随着其后续大量的投入，已经让它成为世界上相关产品研发的领跑者。碳纳米管和石墨的发展前景虽被看好，但高昂的制备成本和较低的产量却严重遏制其大规模应用。 图为：单壁碳纳米管（左），多壁碳纳米管（右）随着行业对于材料性能的要求越来越高，传统材料的发展占空间逐渐走向萎缩，而高新科技材料将会取而代之成为行业选择的未来之路。众所周知，碳纳米管（CNTs）和石墨烯（graphene）及其复合材料因其卓越的电气及机械特性，已经在诸多领域，如光电，传感器，半导体器件，显示器，指挥，智能纺织品和能量转换装置（例如，燃料电池，收割机和电池）等，显示出巨大的应用潜能。 从化学结构看，碳纳米管（CNTs）可以用作有机或无机半导体的替代物，但高昂的成本是目前限制其广泛用的最大难题。然而，碳纳米管作为一种新型材料有望在不久的将来实现成本低廉化大规模生产。 在电子学应用领域（电磁屏蔽除外），碳纳米管最大的用途是导体。它不仅具有高电导率，其材料还能呈现透明状，使用起来非常灵活便于拉伸。因此可以取代ITO，用于制作显示器，触摸屏，光电与显示母线和其他产品。经实验证明，碳纳米管的迁移率高于硅，这就意味着碳纳米管可以用于制造快速转换晶体管。此外，碳纳米管能够用于制备高性能的大面积加工设备，如印刷设备，从而帮助提高生产工艺，并显着降低生产成本。碳纳米管还适

艾奇逊石墨化炉的节能

略谈艾契逊石墨化炉的节能 曹君虎 (兰州海龙新材料科技股份有限公司，甘肃兰州，730084) 前言 碳----石墨制品的生产需要消耗大量的能源，能耗的费用约占炭素制品生产成本的30％～40％。而炭素生产过程中的石墨化工序，又是能源消耗的大户，其电耗要占制品生产总电耗的70％左右。据有关资料介绍，石墨化温度达到3000K时，1吨焙烧品的石墨化理论电耗为1360kwh。目前国内炭素制品生产石墨化电耗通常是4000～5500 kwh／t，是理论电耗的3～4倍。因此降低炭素生产石墨化电耗一直是工程技术人员十分重视的研究课题，也是炭素制品生产企业降低成本，提高效益的关键所在。石墨化炉是炭素制品生产的关键设备之一，也是耗能最大的设备之一。自从1895年，艾奇逊在美国获得了一个关于生产石墨制品的专利以来，以艾奇逊原则为基础的艾奇逊式电阻炉广泛应用于碳--石墨制品的石墨化生产，虽然这种方法具有设备简单，操作方便的优点，但其通电周期长，热效率也很低，仅有30％左右，制品的石墨化电耗高，和艾奇逊石墨化炉相比，内热串接石墨化炉的主要优点有：(1)加热温升快，从开始通电至达到石墨化高温只需7—16小时；(2)电耗低，以同样品种，同一规格制品作比较，每吨石墨化品的耗电量比艾奇逊石墨化炉节省30％左右；(3)制品石墨化程度均匀；(4)不用电阻料，降低了生产成本。显然，内热串接石墨化炉的许多优点是艾契逊石墨化炉无法比拟的，虽然目前国内也有企业采用内热串接石墨化工艺生产碳一石墨制品，但内热串接石墨化炉

现在还不能完全取代艾契逊石墨化炉，艾奇逊石墨化炉仍然是碳---石墨制品生产的主要热工设备之一。因此，充分发挥艾奇逊石墨化炉的潜力，降低其石墨化生产过程中的能源消耗，对于炭素制品生产企业来说，也是降低生产成本，提高经济效益的有效手段之一。 1 艾奇逊石墨化炉的能量平衡 由于奇契逊石墨化炉是现行炭素工业石墨化生产的主要炉型，弄清楚艾契逊石墨化炉的电热效率和能量平衡，对于碳一石墨制品的石墨化生产和石墨化炉的节能有着十分重要的作用。根据能量守恒定律，对于由电能转化为热能达到加热石墨制品的艾奇逊石墨化炉，可以从理论上由电能的数值计算出各个时刻石墨化炉芯内的温度，但是仅由焦耳---楞次定律Q= 0．24I2RT还不能完全求出炉芯内的温度。因为，电阻热除了加热炉芯制品，升高炉芯温度之外，还有很大一部分热量通过各种途径散失掉了。 那么，总电能有多少用于加热炉芯?升高炉芯温度的能量是多少?通过各种途径散失的能量是多少?由能量守恒定律得知，这三者是平衡的。即Q总=Ql+Q2 Q 总——通电时间内供给炉内的能量； Q1 ——炉内吸收的能量； Q2 ——炉子散失的能量。 1．1 电平衡 艾奇逊石墨化炉是以电作能源的工业电阻炉，在石墨化生产过程中，全部设备(包括变压器、石墨化炉)的电效率变化很大，石墨化开始通