[實用新型]一種展示多種碳材料的教學演示裝置

無效

• 申請號: 201020216411.1
• 申請日: 2010-05-27
• 公開（公告）號: CN201707824U
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發明（設計）人: 龍云澤;尹紅星;唐成春;孫杰杰;陳俊馳;李蒙蒙
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: G09B23/24
• 分類號: G09B23/24
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 張世功

技術領域：

本實用新型屬教學設備技術領域，涉及一種新的教學演示裝置，特別是一種直觀地展示多種炭材料的教學演示裝置，可配合附加的書面資料和電子影像資料介紹和展示多種炭材料的形貌、結構、性質、用途等信息。

背景技術：

碳材料是指碳元素及由碳元素構成的金剛石、石墨、碳納米管、富勒烯等碳單質和碳的化合物，其主要化學成分是碳，或含有氫、氧、硫、甚至金屬元素等。碳是世界上為數不多的在自然界中有純單質礦物存在的元素之一，加之許多有機物很容易碳化而獲得相當高純度的碳，從而使得碳材料最早為人類所認識并應用。碳單質包括金剛石、石墨、富勒烯和石墨烯，屬于同素異形體。碳的化合物種類繁多，其中一些與人類生活息息相關，主要的有化石燃料石油、天然氣和煤以及一些有機化合物。與無機物相比，有機物數目多達幾百萬種。碳的特殊物理化學性質構成了地球生物圈的千奇百怪，千變萬化。碳是唯一具有從零維到三維結構同素異形體的元素：零維結構的富勒烯，一維結構的碳納米管和碳纖維，二維結構的石墨和石墨烯，三維結構的金剛石。碳結構的多樣性及其豐富多彩的性能特征，在各物質中是少見的。例如，在力學性能方面，金剛石的硬度非常高，而同樣是純碳的石墨柔軟滑膩；在光學性能方面，金剛石晶瑩剔透、光彩奪目，而石墨等碳材料則漆黑成墨、可用作制造黑體；在電學性能方面，金剛石是絕緣體，而石墨、碳納米管等是良導電體。特別是1991年新發現的碳納米管，具備優異的力學、電學等理化性能，在納米電子器件、納米復合材料等諸多領域有廣泛的應用前景。

碳材料與人類文明的發展和進步密切相關，碳材料是人類使用最早的材料之一，沿用至今并且不斷推陳出新，處于當今材料科技發展的前沿。例如，在人類文明從石器時代向青銅時代的飛躍中，碳作為銅冶煉的還原劑起到了關鍵作用。煤、石油、天然氣等碳材料的廣泛應用對近代工業革命起了巨大的推動作用。煤被譽為工業的糧食，石油被譽為工業的血液，直到現在，這三種古老而又現代的碳材料仍然在我們的日常生活中發揮著巨大作用。隨著19世紀冶金、電力等產業的發展，形成了現代碳材料產業。19世紀40-70年代英國和法國開發了以焦碳為骨料加粘結劑成形，經碳化制造電極、電刷的技術，奠定了碳素產業的基礎。20世紀，伴隨著科學技術的迅猛發展，碳科學以及新型炭材料也得到了迅猛的發展。20世紀40-50年代制成了高純、高密度的核用石墨；50-60年代發展了氣相沉積技術，制成了熱解石墨以及人造金剛石薄膜；50-70年代開發了碳纖維及其復合材料的技術，在航空航天領域得到了廣泛應用；80年代發現了以足球狀C₆₀為代表的富勒烯；90年代又發現了碳納米管；2004年，俄國科學家發現一種大量摻硼的金剛石在低溫下是超導體，打破了金剛石是絕緣體的傳統觀念；同年，英國科學家制備出了石墨烯，石墨烯的問世引起了全世界的研究熱潮，它不僅是已知材料中最薄的一種，還非常牢固堅硬(強度比世界上最好的鋼鐵還高100倍)；作為單質，室溫電導率比已知導體都高；石墨烯結構非常穩定，迄今為止，研究者仍未發現石墨烯中有碳原子缺失的情況，當施加外部機械力時，仍能保持結構的穩定；以上這些發現促進了材料科學和納米科技的迅速發展。由此可見，碳材料已經進入了科學技術和人類生活的各個領域，是至今人們研究最多而未解之謎也最多的材料領域之一，也將是21世紀最有發展前景的新材料之一。

我國是世界上主要的碳資源大國，因此，在學校教育中普及碳材料知識、培養碳資源保護意識刻不容緩。但是，目前國內中小學和大學在碳材料方面的教學相對滯后，大多數學校仍局限于課本理論教學和簡易的碳結構模型教學，對碳材料的實物、諸多種類和應用、國際最新進展、我國碳資源和碳產業的現狀和問題等方面的教學比較缺乏；特別是用于教學中可以展示多種碳材料形貌、性能、用途等信息的設備裝置至今尚未見有理想效果的報道。

發明內容：

本實用新型的發明目的在于克服現有技術存在的缺點，設計制備一種新型的可以直觀展示多種碳材料的教學儀器裝置，使學生在理論學習碳材料之余，通過實物展示加深對碳材料的認識，并通過配套的書面資料、影像資料(光盤)等加深對各種碳材料的形貌結構、理化性質和應用等方面的理解，特別是加強對碳資源和碳產業現狀的了解，培養學生的碳資源保護意識。