石墨层间化合物的结构.ppt

无机碳化学;无机碳化学; 金刚石主要用于精密机械制造、电子工业、光学工业、半导体工业及化学工业。天然金刚石稀少，只限于用作装饰品，因此人工合成金刚石正在成为碳素材料中的重要研究开发领域。 ;石墨转化法可分为静态超高压高温法和动态法两种。 ; 气相合成法又可分为 ?热丝CVD法 ?等离子体化学气相沉积法(PCVD法) ?燃烧火焰法;热丝CVD法 PCVD法 火焰法; 在上述方法中，石墨转化法所得的金刚石往往是细粒乃至粉末，使用时往往需烧结。此外，产品中还含有未反应的石墨、催化剂等杂质，因此还需提纯。这种产品主要用于精密机械制造领域。要用该法合成大粒径的金刚石单晶，使之能与天然金刚石比美，至少目前是不可能的。这方面的突破有待理论的发展。 气相法成功地制成了膜状金刚石，使金刚石的应用范围大大扩展，因为高温高压合成的金刚石及天然金刚石的应用只是利用其高硬度特性，其他优异的特性均因形态的限制而未能得到很好的开发和利用。膜状金刚石必然会进入半导体工业、电子工业及光学等领域。因此，气相法合成膜状金刚石方兴未艾，具有十分美好的前景。;2 石墨及其石墨层间化合物;★石墨层间化合物的类型 ;★石墨层间化合物的结构; 在共价型石墨层间化合物中，嵌入物与基质碳原子间的化学键是共价键。一般而言，石墨的层平面要变形。例如氟化石墨，其碳原子层是折皱的，折皱面内各碳原子以sp3杂化轨道与其他3个碳原子及1个氟原子结合，C－C键长与一般C－C单键相等，层间距为730 pm，比未插入层增大一倍多。 ;★石墨层间化合物的功能与应用 ;?固体润滑剂 用氟化石墨作固体润滑剂，具有在高温、真空或氧化还原气氛中保持好的润滑性能的优点(而一般的石墨存在润滑性能下降的缺陷)。这是由于氟化石墨的层面由C－F键构成，其表面能极小，容易滑动之故。;?防水防油剂 如氟化石墨的表面自由能和聚四氟乙烯相近或略低，显示了极强的疏水性。因此，可利用此疏水性预防因水而引起的润滑和污染附着。在镀镍时，如使Ni和氟化石墨共析，可得防水性极强的金属表面。;3 碳纤维 ;聚丙烯腈碳纤维的合成; 碳纤维具有模量高、强度大、密度小、耐高温、抗疲劳、抗腐蚀、自润滑等优异性能。从航天、航空、航海等高技术产业到汽车、建筑、轻工等民用工业的各个领域正逐渐得到越来越广泛的应用。主要用于导电、隔热、过滤等方面。 碳纤维增强复合材料作结构材料, 可作飞机的尾翼或副翼, 通信卫星的天线系统和导波管、航天飞机的货舱门、燃料箱、助推火箭的外壳。在建筑方面，可作碳纤维增强水泥地板，并有取代钢筋的可能性。 作为非结构材料, 碳纤维复合材料可作密封材料、耐磨材料、隔热材料、电极材料。 在原子能工程上用碳纤维－石墨复合材料作铀棒的幕墙材料, 不仅可以防止铀棒的辐射变形, 使其对中子的吸收截面变小, 反射中子能力增强, 而且在光氧条件下能耐3000 ℃以上的高温。 碳纤维复合材料可作优质的化工容器、设备或零部件。 将碳纤维进行活化处理，得到活性碳纤维，是已知的比表面积最大的物质之一(2500 m2·g－1)，被称为第3代活性炭，作为新型吸附剂具有重要的应用前景。 在医学上，碳纤维增强型塑料是一种理想的人工心肺管道材料，也可作人工关节、假肢、假牙等。;4 富勒烯 ;?富勒烯的结构特点 ; C60分子中碳原子彼此以?键键合，其杂化轨道类型介于sp2与sp3之间，被称为sp2.28杂化，平均键角为116°。碳原子上剩余的?轨道相互形成?键。相邻两六元环的C－C键长为138.8 pm，五元环与六元环共用的C－C键长为143.2 pm。C70为椭球形，C240及C540与C60的差别更大一些，但都是笼形空心结构。 ;? C60的合成 1985年以激光气化石墨只能制取几毫克的C60，不足以开展大量的研究。直到1990年，C60的合成才取得突破。目前C60的合成法主要可分为以下两种: ;? C60的化学行为特征 ; 基于上述结构特征，有关C60的化学反应特征可归纳为如下几点: (1) C60的主要化学反应类型是对双键的加成，特别是亲核加成而非亲电加成，以及自由基加成、环加成及η2－过渡金属配合物的形成。此外，各种形式的氢化、卤化及路易斯酸复合物的生成反应也能进行。 (2) 加成反应的驱动力是富勒烯碳笼中张力的解除，即导致饱和的sp3杂化碳原子的