碳材料的应用与发展

碳是自然界中最常见的元素之一，而碳材料几乎包括了地球上所有物质所具有的性质，如最硬-最软、绝缘体-半导体-超导体、绝热-超导热、吸光-全透光等，21世纪被称为是“超碳时代”，下面让我们来看看几种重要的碳材料物质。

应用与发展

1、富勒烯

以C60为代表的富勒烯是空心球形构型，C60是由12个正五边形和20个正六边形组成的三十二面，像一个足球。

应用领域：

2、碳纤维

碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维，其中含碳量高于99%的称为石墨纤维，碳纤维具有密度小、质量轻、强度（比钢大4-5倍）、弹性模量高等特性。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构，在沿纤维轴方向表现出很高的强度。

应用领域：

3、碳纳米管

碳纳米管是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米级，轴向尺寸为微米级，管子两端基上都封口）的一维量子材料，可看作是由片层结构的石墨卷成的无缝中空的纳米级同轴圆柱体，两端由富勒烯半球封成，碳纳米管被称为是21世纪最有前途的一维纳米材料。

应用领域：

4、石墨/石墨烯

石墨具有层状晶体结构，在晶体中碳原子之间以σ键连接在一起，在同一层上还有一个大π键。一个碳原子周围只有3个碳原子与其相连，碳与碳组成了六边形的形状，无限多的六边形组成了一层。层与层之间联系力非常弱，而层内3个碳原子联系很牢固。

石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。

应用领域：

5、金刚石

金刚石是最为坚硬的一种碳结构，碳原子以晶体结构的形式排列，每一个碳原子与另外4个碳原子紧密键合，最终形成了一种硬度大、活性差的固体。

应用领域：

6、碳气凝胶

碳气凝胶是一种具有三维纳米网络结构的轻质多孔碳材料，具有比表面积高、密度低、孔隙率高、孔径分布可调和导电性良好等特性。

应用领域：

7、碳纳米葱包覆金属颗粒

碳纳米葱包覆金属颗粒是一种新型的碳/金属纳米复合材料，其中数层石墨片层紧密围绕纳

米金属颗粒有序排列，形成类洋葱结构，纳米金属离子则处于洋葱的核心。

应用领域

作为第四类工业材料，未来碳材料将在新能源、自动驾驶汽车、新一代信息技术、高端装备制造和节能环保等战略性新兴产业领域，迎来重大发展机遇。