碳材料科学课件
156页1、硕士研究生学位课程,炭材料科学 Science of Carbon Materials,北京化工大学先进炭材料研究室,宋 怀 河 教授 ,研究室组建于1999年 科研人员5名(4名博士,一名工程师) 博士生7人,硕士生30余人 学校“211工程”重点学科建设实验室 “化工资源有效利用”国家重点实验室的一部分 研究方向 沥青基炭材料、碳纳米材料、新能源材料和介孔炭材料 研究目标主要定位于前沿性先进炭材料的研究 合成、形成机理、结构设计、性能及应用 形成国内研究优势和特色,部分研究内容达到国际领先水平,先进炭材料研究室,以石油重油、煤焦油 重质芳烃、聚合物等为原料,碳纳米材料及纳米复合材料 1、碳包覆纳米金属晶的形成及转化 金属颗粒和金属线 2、碳纳米洋葱(实心和空心) 3、纳米碳管、石墨烯及其树脂基复合材料 4、介孔碳材料(有序,气凝胶),主要研究方向,新型能源炭材料 1、Li+电池负极材料炭材料的设计 炭基材料(天然石墨、树脂炭、碳管、石墨烯等) 2、大功率充放动力型锂电池电极材料 纳米碳/金属复合材料,沥青基炭材料 1、中间相形成及转化的基础研究 2、中间相沥青炭微球(MCMB) 锂
2、离子二次电池电极材料 高密度炭和C/C复合材料 3、炭纤维,3、超级电容器电极材料,炭纤维,针状焦,炭微球,高导热材料,发泡炭、高级粘结剂、浸渍剂、炭纳米材料,HREM images of carbon encapsulated iron nanomaterials from YD heated at 480 in the presence of ferrocene content of 13.0 wt. %,HREM images of carbon encapsulated iron nanorods from YD heated at 480 in the presence of ferrocene content of 40.0 wt. %,20nm,The iron full-filled carbon nanorubes Length: 150-250 nm Diameter: 30-40 nm Carbon shell: 5-8 nm Highly dispersed Straightly No entangled network Metal species were c
3、ontinuously filled in carbon shells.,Ordered Mesoporous Carbons from the Carbonization of as-synthesized Silica/Sucrose/Triblock copolymer Nanocomposites,碳的六方有序孔道,锂离子二次电池电极材料,锂离子电池现已广泛用作诸如移动电话、便携式电脑、摄像机、照相机等袖珍贵重家用电器的电源,并已在航空、航天、航海、人造卫星及军用通讯设备领域中逐渐替代传统的电池。,1、发展电动汽车用大容量锂离子电池; 2、开发及使用新的高性能电极材料; 3、加速聚合物锂离子电池的实用化进程,通过对炭科学基础理论和多样炭结构、性能和形成机理的介绍,使学生掌握炭材料的基本结构、性能、成炭原理和应用领域,并对炭科学的发展趋势和新型炭材料的开发有一初步了解。 课程编号:MSE515 学时:40 学分:2.5,课程简介,第一部分 碳的多样性, 碳科学的形成、发展与核心问题(4学时) 第二部分 碳的结构与性质(8学时) 基本结晶形式-金刚石、石墨、富勒烯、咔宾 碳的结构
4、碳的特性,课程内容-1,第三部分 有机化合物的炭化途径(16-18学时) 一、气相炭化(4学时) 二、液相炭化中间相理论与应用(8学时) 三、固相炭化与多相炭化(4学时) 第四部分 炭的表面化学(4学时) 第五部分 石墨层间化合物(2学时) 第六部分 炭科学研究的新进展(4-6学时) 一、金刚石薄膜 二、富勒烯与纳米洋葱 三、纳米碳管 四、碳包覆纳米金属晶,课程内容-2,考试:2学时,要求: 1、有事请假; 2、课上认真听讲; 3、课上认真作笔记,课下找相关参考书复习; 3、不明白的地方一定设法弄明白。,考核: 1、出勤计入成绩(权重10%); 2、平时作业/报告成绩(权重20 %); 2、期末试卷考试(权重70% )。,报告题目:We and Carbon,第一部分 绪言,一、炭材料的多样性 1、碳的多样性 碳元素的产生; 太阳系产生热核反应中“碳、氮循环”; 地球上碳产生生物学、硅产生地学,碳是形成一切生物有机生命体的骨架元素; 大量的中间过渡状态,较少的纯碳形式; 新型炭材料。,碳的起源-“big bang”理论,宇宙巨大的能量块 150亿年前发生大爆炸,宇宙空间充满高能的光,光
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