本書從碳的利用和科技發(fā)展史入手,介紹了碳在自然生態(tài)界的循環(huán)圈、碳的化學反應及碳固體材料的多態(tài)性,并對碳在傳統(tǒng)制造業(yè)鋁、鋼鐵及半導體硅冶煉中的作用和相關化學理論進行了總結(jié)。系統(tǒng)闡述了傳統(tǒng)碳材料如石墨、金剛石、活性炭、炭黑的生產(chǎn)技術和應用,以及新型碳材料如碳纖維、碳納米管、石墨烯等制備、表征、應用的最新科學發(fā)現(xiàn)和應用技術,對于碳材料的未來發(fā)展進行了預測和展望。本書涉及碳科學技術的內(nèi)容涵蓋廣泛、敘述深入淺出,既是一部通俗易懂的有關碳科學技術的科普圖書,也是一本學術性極強的新型碳材料制備、表征及應用的理論專業(yè)書,對于從事碳材料相關的科研工作者、工程技術人員以及對碳材料感興趣的高等院校師生都能夠有所幫助。
本書涉及碳科學技術的內(nèi)容涵蓋廣泛、敘述深入淺出,既是一部通俗易懂的有關碳科學技術的科普圖書,也是一本學術性極強的新型碳材料制備、表征及應用的理論專業(yè)書。
申海平,化學工藝博士、正高級工程師,任中國石化集團公司高級專家,主要從事重油高效改質(zhì)利用、高端碳材料制備及廢塑料資源化利用技術開發(fā)研究工作。自1989年入職中國石化石油化工科學研究院以來,先后承擔渣油加工組合技術國家攻關項目、中石化集團公司十條龍和重大專項攻關課題,對劣質(zhì)渣油高效輕質(zhì)化工藝技術和石油基碳纖維紡絲瀝青生產(chǎn)以及針狀焦等高附加值產(chǎn)品生產(chǎn)技術進行了深入研究,獲得中石化科技進步一等獎一項,二等獎一項,三等獎七項,申請相關發(fā)明專利五十余件。
第1章從化學元素到固體(001)
1.1地球上的碳(001)
1.2碳化學簡史(004)
1.2.1第一發(fā)現(xiàn):火、熱和金屬(006)
1.2.2開采資源的利用(008)
1.2.3分散碳的用途(009)
1.3碳固體簡介(010)
1.3.1自然和人工進化的比較(011)
1.3.2含碳產(chǎn)品的生產(chǎn)和發(fā)展(012)
1.4總結(jié)和展望(013)
參考文獻(013)
第2章碳的多態(tài)性(016)
2.1碳原子及其化學鍵(016)
2.1.1化學鍵和固體相(017)
2.1.2碳同位素(018)
2.2一種熱力學方法(018)
2.2.1關于現(xiàn)象熱力學的幾點提示(018)
2.2.2碳的平衡態(tài)相圖(019)
2.3新的分子相(020)
2.4無定形碳(022)
2.4.1主要過程(022)
2.4.2演化與結(jié)構特征(024)
2.4.3宏觀均質(zhì)碳(026)
2.4.4多孔和分散碳(028)
2.5從固體到材料(029)
參考文獻(029)
第3章天然碳:能源和碳化學(031)
3.1一次能源資源(031)
3.1.1能源的不同形式(031)
3.1.2天然碳的燃燒(034)
3.1.3生產(chǎn)水泥(036)
3.1.4氣化和液化過程(037)
3.2碳化學(038)
3.2.1中間產(chǎn)品:煤焦油和瀝青(039)
3.2.2固相原材料:焦炭和人造石墨(040)
3.3煤資源的利用(041)
3.3.1一次能源(041)
3.3.2碳化學和碳材料的未來(043)
3.4總結(jié)和要點(043)
參考文獻(044)
第4章碳在冶金行業(yè)中的作用(046)
4.1鋼鐵行業(yè)的起源及演變(046)
4.1.1鑄鐵和鋼的工業(yè)生產(chǎn)(048)
4.1.2鋼鐵行業(yè)中的碳(049)
4.2鋁的生產(chǎn)(050)
4.2.1電解槽(050)
4.2.2制鋁業(yè)中的碳(051)
4.3硅的生產(chǎn)(052)
4.3.1冶金硅的獲。052)
4.3.2碳電極(052)
4.4金屬碳化物(053)
4.4.1乙炔的合成(053)
4.4.2碳化物耐火材料(053)
4.5總結(jié)和要點(054)
參考文獻(054)
第5章黑瓷和白瓷(056)
5.1石墨和各向同性碳(056)
5.1.1人造石墨的制備(057)
5.1.2一般物理性質(zhì)(058)
5.1.3玻璃碳(060)
5.1.4主要的應用領域(060)
5.2熱解碳和熱解石墨(062)
5.2.1氣相化學沉積獲得的熱解碳(Pyc)(062)
5.2.2紋理結(jié)構及物理性質(zhì)(063)
5.2.3熱解石墨及類似物(065)
5.3金剛石薄膜(066)
5.3.1薄片工藝(066)
5.3.2性能及應用領域(068)
5.4總結(jié)及要點(068)
參考文獻(069)
第6章分散碳及多孔碳(071)
6.1炭黑(071)
6.1.1形成機理及工業(yè)制備(071)
6.1.2分類及性能(073)
6.1.3其他碳微粒(074)
6.2成型及應用領域(075)
6.2.1非均相介質(zhì)的提示(075)
6.2.2主要開發(fā)領域(077)
6.3多孔碳和吸附碳(079)
6.3.1一般定義(079)
6.3.2活性炭(082)
6.3.3氣體凈化和輸送(083)
6.3.4在液相中應用(085)
6.4總結(jié)和要點(086)
參考文獻(086)
第7章纖維及復合材料(089)
7.1碳絲(089)
7.1.1主要系列的歷史概況(089)
7.1.2結(jié)構特性及物理性質(zhì)(092)
7.2復合材料(095)
7.2.1碳纖維-基質(zhì)間界面(095)
7.2.2復合材料和納米復合材料的主要類別(096)
7.2.3碳-碳復合材料的制備(098)
7.2.4碳-碳復合材料的應用(100)
7.3總結(jié)和要點(103)
參考文獻(103)
第8章分子碳和納米碳(105)
8.1合成和生產(chǎn)(105)
8.1.1富勒烯的合成及表征(106)
8.1.2碳納米管的形成及表征(106)
8.1.3石墨烯帶的制備及穩(wěn)定性(108)
8.2傳遞和納米電子學性質(zhì)(109)
8.2.1單壁碳納米管和石墨烯帶中的電子傳遞(111)
8.2.2分子晶體管和邏輯電路(112)
8.2.3相關的量子現(xiàn)象(113)
8.3界面的物理化學性質(zhì)和傳感器(114)
8.3.1表面化學功能化(114)
8.3.2富勒烯(114)
8.3.3傳感器、生物傳感器和執(zhí)行器(116)
8.3.4生物相容性的評價(118)
8.4總結(jié)與展望(118)
參考文獻(119)
第9章碳技術與創(chuàng)新(121)
9.1碳材料的演變(121)
9.1.1不同時代的碳材料(121)
9.1.2按活動的范圍和目的分類(122)
9.1.3在能源中的作用(124)
9.2社會經(jīng)濟方面(125)
9.2.1經(jīng)濟性評價(125)
9.2.2經(jīng)濟轉(zhuǎn)型與循環(huán)經(jīng)濟(127)
9.3結(jié)語(128)
參考文獻(129)