碳是自然界中最常見(jiàn)的元素之一，而碳材料幾乎包括了地球上所有物質(zhì)所具有的性質(zhì)，如最硬-最軟、絕緣體-半導(dǎo)體-超導(dǎo)體、絕熱-超導(dǎo)熱、吸光-全透光等，21世紀(jì)被稱(chēng)為是“超碳時(shí)代”，下面讓我們來(lái)看看幾種重要的碳材料物質(zhì)。

應(yīng)用與發(fā)展

1、富勒烯

以C60為代表的富勒烯是空心球形構(gòu)型，C60是由12個(gè)正五邊形和20個(gè)正六邊形組成的三十二面，像一個(gè)足球。

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2、碳纖維

碳纖維是含碳量高于90%的無(wú)機(jī)高分子纖維，其中含碳量高于99%的稱(chēng)為石墨纖維，碳纖維具有密度小、質(zhì)量輕、強(qiáng)度（比鋼大4-5倍）、彈性模量高等特性。碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類(lèi)似人造石墨，是亂層石墨結(jié)構(gòu)，在沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。

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3、碳納米管

碳納米管是一種具有特殊結(jié)構(gòu)（徑向尺寸為納米級(jí)，軸向尺寸為微米級(jí)，管子兩端基上都封口）的一維量子材料，可看作是由片層結(jié)構(gòu)的石墨卷成的無(wú)縫中空的納米級(jí)同軸圓柱體，兩端由富勒烯半球封成，碳納米管被稱(chēng)為是21世紀(jì)最有前途的一維納米材料。

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4、石墨/石墨烯

石墨具有層狀晶體結(jié)構(gòu)，在晶體中碳原子之間以σ鍵連接在一起，在同一層上還有一個(gè)大π鍵。一個(gè)碳原子周?chē)挥?個(gè)碳原子與其相連，碳與碳組成了六邊形的形狀，無(wú)限多的六邊形組成了一層。層與層之間聯(lián)系力非常弱，而層內(nèi)3個(gè)碳原子聯(lián)系很牢固。

石墨是由一層層以蜂窩狀有序排列的平面碳原子堆疊而形成的，當(dāng)把石墨片剝成單層之后，這種只有一個(gè)碳原子厚度的單層就是石墨烯。

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5、金剛石

金剛石是最為堅(jiān)硬的一種碳結(jié)構(gòu)，碳原子以晶體結(jié)構(gòu)的形式排列，每一個(gè)碳原子與另外4個(gè)碳原子緊密鍵合，最終形成了一種硬度大、活性差的固體。

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6、碳?xì)饽z

碳?xì)饽z是一種具有三維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)多孔碳材料，具有比表面積高、密度低、孔隙率高、孔徑分布可調(diào)和導(dǎo)電性良好等特性。

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7、碳納米蔥包覆金屬顆粒

碳納米蔥包覆金屬顆粒是一種新型的碳/金屬納米復(fù)合材料，其中數(shù)層石墨片層緊密?chē)@納

米金屬顆粒有序排列，形成類(lèi)洋蔥結(jié)構(gòu)，納米金屬離子則處于洋蔥的核心。

應(yīng)用領(lǐng)域

作為第四類(lèi)工業(yè)材料，未來(lái)碳材料將在新能源、自動(dòng)駕駛汽車(chē)、新一代信息技術(shù)、高端裝備制造和節(jié)能環(huán)保等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，迎來(lái)重大發(fā)展機(jī)遇。