《碳材料科學與技術》思考題匯總碳的同素異性體有哪些？結構和性質有何差別？金剛石：SP3碳中密度最大，硬度最大，有良好的電絕緣性，熱良導體，正四面體結構石墨：SP2層片結構，分為六方晶系與菱形晶系，導電導熱性能好，柔軟，有潤滑性，各向異性?？ㄙe：SP雜化軌道，聚烯烴或者累計烯烴結構，半導體或超導性質，生物相容性好，易轉變?yōu)榻饎偸?。富勒烯：SP2雜化軌道形成的六面體球狀結構。石墨烯：是從石墨的片層上摘下一層或幾層六面體平面，硬度較大，卷起來可以做成碳納米管。什么是液相碳化？簡述其特點及應用。碳化——有機化合物向碳結構轉變的過程。液相碳化-有機物在液相狀態(tài)下經過芳構化形成稠環(huán)芳烴并進一步脫除非碳元素的過程，比如從有機物到瀝青，從瀝青到中間相，從中間相到生焦。通過控制液相碳化過程可制備針狀焦、中間相瀝青、中間相碳微球等產品。是煉焦用，特點：（1）液相反應（2）反應溫度低（3）有加速現(xiàn)象（4）粘度逐漸增大，直到固體簡述煤瀝青與石油瀝青的共性與差別。兩者都是瀝青，都是經過熱縮聚得到的產物。其中，石油瀝青是以石油為原料，經過裂解碳化得到的，而煤瀝青是以煤為原料，先得到煤焦油，后得到瀝青。相比之下，煤瀝青有如下有點：（1）煤焦油含碳高，稠環(huán)芳烴為主，側鏈少，性脆（2）空氣吹掃時間增加，含氧量提高，軟化點提高（3）吹掃時間增加焦收率增加制備中間相紡絲瀝青與中間相碳微球，原料與工藝的差別何在？兩者都是從瀝青出發(fā)，通過液相碳化形成中間相。前者要求盡可能形成流變性能好的大融并體，后者希望生成球徑可控的小球體，相互不融并。因此前者要求原料純度高，生成的小球完全融并，后者要求生成的中間相小球不融并，往往要加入炭黑等納米級碳微粒阻止融并。反應溫度前者較低、緩慢，后者溫度較高，快速增長。何謂針狀焦？與普通焦比有何優(yōu)良性質？焦是指有機物經過裂解得到的殘留的固體物質，基本元素為碳。因原料的不同有煤焦、石油瀝青焦、煤瀝青焦等。根據結構的不同分為普通焦和針狀焦。延遲焦化與普通焦化相比進行了兩項改革，一是先在低溫（500℃氣相碳化的特點是什么？炭黑與氣相生長碳纖維的制備有何區(qū)別與聯(lián)系？有機物在氣相的狀態(tài)下，向碳結構轉變的過程。碳纖維：金屬催化劑（Fe、Co、Ni）、氣態(tài)碳源（甲烷、苯）、高溫：600－1400攝氏度炭黑：氣相碳源：天然氣、苯、焦油。高溫：1260－1420攝氏度，從制備工藝上，炭黑的分類是怎樣的？簡述工藝要點。爐法炭黑：原料氣（油）與空氣（風）以一定比例混合通入反應爐，反應溫度靠部分燃燒而維持。風油比越大，反應溫度越高。要素：氣相碳源：天然氣、苯、焦油。高溫：1260－1420攝氏度，槽法炭黑：反應氣在暴露在空氣中的槽鋼下不完全燃燒而沉積，溫度高而且過度氧化，適合于色素炭黑。裂解炭黑：裂解爐溫度通過燃燒尾氣的方式加熱，然后切換成純的反應氣在無氧環(huán)境下裂解，官能團少，導電性好。從用途上分，炭黑的分類是怎樣的？簡述性質特點（粒徑、表面官能團、導電性等）。（1）橡膠碳黑：粒徑小，耐磨性能好，（2）色素碳黑：粒子越小，黑度越高（3）導電碳黑：導電性能好。炭黑熱導率很小，但是有很強的硬度以及耐磨性、回彈性。為什么用碳納米管紡制碳繩不像碳納米管的理論拉伸強度那么高？制約因素有哪些？碳納米管只是一層或幾層的石墨片層經過卷曲后形成的，而紡制的碳繩，其中會有加捻，纏結，拉伸時候會產生應力集中點，使其中的六面體結構發(fā)生破壞，還會產生混亂結構，不利于力學性能的增強。擴散是制約氣相沉積制備碳碳復合材料均勻性的關鍵因素。如何消除這些不利的因素。在限域加熱段，隨致密化的進行，通過限域加熱控制，使預制體內不同位置的受熱環(huán)控制，使預制體內不同位置的受熱環(huán)境發(fā)生改變，可對指定區(qū)域加熱，有境發(fā)生改變，可對指定區(qū)域加熱，有效控制沉積區(qū)域的溫度，達到對整個有效控制沉積區(qū)域的溫度，達到對整個致密化進程控制的目的，有利于在整個致密化進程控制的目的，有利于在整個預制體內獲得較為徹底的致密化效個預制體內獲得較為徹底的致密化效果。固相碳化的特點是什么？試舉例分析前驅體的結構對碳材料結構性能的影響。從有機物到類石墨結構碳的形成過程中，能夠始終保持固相狀態(tài)，從而使有機物的結構形態(tài)的主要特征得以保留，這一類的有機物叫碳的前驅體，也簡稱前驅體。前驅體的結構如果規(guī)整，則制得的碳材料的結構也會規(guī)整，從而力學等性能能夠得到很大提高，反之，如果前驅體的結構就很混亂，則碳材料的結構也很混亂，不利于性能的提高。碳纖維結構與天然石墨的結構有何區(qū)別又有何聯(lián)系？兩者都是由六面體組成的平面，堆疊的結構。區(qū)別是：石墨是一層一層之間層間距相等，并且每個六面體都是規(guī)則的。而碳纖維結構是堆砌很亂，亂層結構，因而它是脆性材料，但是和石墨一樣，具有導電性。碳纖維力學性能的決定因素有哪些？碳纖維的形成主要是受其結構控制的，主要包括三點。。。。。。，這些結構參數與前驅體、工藝條件是相關的、、、、、、結構規(guī)整度，取向度，預氧化、碳化、石墨化的過程對于結構的影響，還有拉伸時的速率，碳纖維本身的損傷等。在碳纖維制備工藝中“不熔化”是如何實現(xiàn)的？不熔化就是將前驅體結構在適當條件下生成不溶不熔的結構。具體分瀝青纖維、丙烯腈纖維、粘膠纖維來論述。盡一切努力將每一個PAN鏈變成梯形結構，在氧化作用下交聯(lián)，使分子鏈碳化時有最高的碳得率，保持高度擇優(yōu)取向。試比較PAN、瀝青和粘膠碳纖維的結構與性能。PAN：主要是PAN經過氧化環(huán)化后經過碳化和石墨化得到的，力學拉伸性能較強。瀝青黏膠：每個晶胞內有兩條分子鏈和4個葡萄糖結構單元，孔隙率大，導熱性能差，但是隔熱性能好，強度大大不如PAN基碳纖維。試論如何根據復合材料基體及使用性能選擇碳纖維的表面處理工藝。表面處理工藝取決于基體的結構，如果復合材料的基體中有極性強的集團，則與碳纖維有強的分子間力，無需對碳纖維做很多的表面處理就有強的界面效應。如果基體中沒有極性集團，則需要對碳纖維的表面進行一定的處理與刻蝕，來增強其與基體的界面效應。更好地起到傳遞載荷的作用?；钚蕴康摹盎钚浴睆暮味鴣?？制備活性炭的方法有哪些？所制備活性炭的孔結構有何區(qū)別？活性是通過在單位面積上盡可能多地引進孔，增強吸附性?；钚蕴烤褪且环N經過活化、有活性的多孔炭。制備方法：（1）生物質活性炭：首先將濃的化學藥品溶液，如氯化鋅，與生物質充分混合干燥后在惰性氣體保護下在600－700℃（2）煤炭類活性炭煤質的特點是比生物質含碳量高，但由于從褐煤到無煙煤的差別比較大，適合采用的方法也不盡相同。用物理活化和化學活化均可，但一般要經過粉碎、成型等工藝。（3）瀝青焦：采用石油焦或煤瀝青焦為原料，通過洗滌、脫灰，采用化學活化方法，可制備超高比表面積活性炭，也稱超級活性炭。（4）碳纖維：以PAN、瀝青、酚醛樹脂及粘膠基碳纖維（氈）為原料，通常采用物理活化方法制得活性碳纖維（氈）。由于碳纖維很細，因此產品以微孔為主。（5）樹脂基碳除纖維外，樹脂可制備成球形或凝膠體，然后通過活化提高比表面積。凝膠本身為多孔結構，直接碳化也可獲得一定比表面積的活性炭。（6）模板碳：以分子篩為模板，經過浸漬、碳化、去除模板，制備成單一孔徑分布的活性炭作為催化劑載體的活性炭和作為甲烷等氣體吸附的活性炭在孔結構設計上應如何考慮催化活性炭主要是起到催化作用，要求活化，并且比表面積要大，在單位面積的孔洞要盡可能多，而甲烷等氣體吸附的活性炭的比表面積的要求不是很高，孔徑也不必很大，只要提高吸附性即可。碳材料作為鋰離子電池負極材料的儲能機理是什么？活性物質：碳材料（天然石墨、人造石墨、MCMB）、鈦酸鋰、硅、錫氧化物由于鋰電池是搖椅電池，在充放電的過程中是通過鋰離子的正負極之間的移動來達到的，負極材料的儲能主要是在儲存鋰離子，講鋰離子嵌入碳材料的結構空隙中。以碳材料為鋰離子電池的負極材料，影響其可逆容量密度和功率密度的因素有哪些？如何根據此選擇碳材料？石墨化程度要高、粒度要小、純度要高、核殼結構的高度石墨化從平板電容器電容的計算公式出發(fā)，分析影響電容量的因素有哪些，解釋活性炭作為電極為什么能實現(xiàn)“超級”電容量。與面積、平板間距離、電量等因素有關。采用活性炭和離子溶液作為電介質 兩個轉變：平板→多孔材料，使比表面積增大 固體介電質→離子型溶液，平板間距離大大減小作為電極的多孔材料中的電荷與吸附在孔壁上的離子構成雙電層，因此也較雙電層電容器。質子膜燃料電池是由哪幾部分構成的？分別用到何種（碳）材料？質子膜：由無機參雜的聚合物構成。擴散層：碳紙或碳布電催化層：以碳黑、碳納米管、石墨、MCMB、石油焦作為Pt等催化劑的載體。催化活性主要取決于載體的結構。雙極板：石墨：致密性好，導電性好，強度高試分析電磁屏蔽和雷達隱身對材料及結構設計的不同。電磁屏蔽是在輻射源和保護對象之間設立屏障，反射、吸收均可，目的是讓保護對象免收輻射。雷達隱身目的是使探測對象不反射（散射）雷達波回到雷達，所以要減少反射。。。。。。（可以從表層、芯層材料的不同展開）類石墨材料的導熱性能與其結構有何關系？舉例說明。