炭素材料是个总称，包括炭素原料和炭素制品，如炭素工业使用的石 油焦、无烟煤、天然石墨属炭素原料；炭素原料经加工制成具有一定 形状及物化性质的产品称炭素制品(如炭质电极、石墨电极、炭纤维)。

　　汉字“碳”由木炭的“炭”加石字旁构成，从“炭”字音。碳 是人类接触到的最早的元素之一，也是人类利用得最早的元素之 一。尧舜时代，炭黑作为涂料；商朝时，广泛用木炭来冶炼金属， 在冶炼中木炭充当燃料、还原剂。半岛综合体育官网登录入口 碳元素是一种平凡而神奇的元素，以多种形式广泛存在于大气 和地壳中，在地壳中的含量为0.027%，能形成多种单质和千万种 化合物。碳—地球上一切生物有机体的骨架元素。 碳12是国际单位制中定义摩尔的尺度，以12g碳12中含有的原 子数为1 mol。碳14由于具有较长的半衰期，被广泛用來测定古

　　气体保护，两石墨棒电极靠近，拉 起电弧，再拉开，以保持电弧稳定。 放电过程中阳极温度相对阴极较高， 所以阳极石墨棒不断被消耗，同时 在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管 的产物。 电弧法多采用直流电弧，电弧放电 条件一般为：电极电压20～30V；电 流50～150A；气体压力10～80kPa。

　　右图中非常黯淡的黑线是跨越两个电 触点间隙的碳纳米管。 IBM的技术可 以在每一个沟槽中放置一根碳纳米管。

　　石墨烯是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的，其理论厚度仅为0.35 nm，

　　★ C60的主要合成法：石墨气化法（激光、电弧）、纯碳燃烧法 ★应用前景：

　　超导材料：金属掺杂（K, Rb)的C60插层合物（18K，29K）—最早令人关注的。 （室温下富勒烯是分子晶体，C60的能隙为1.5eV（半导体）。但经过适当的金 属掺杂后能变成超导体。 ） 磁性材料： Dy组装在C80的笼内； 太阳能电池材料：PCBM， C60的有机衍生物，由于它的很好的溶解性，很高 的电子迁移率等常用于有机太阳能电池的电子受体标准物 ； 催化剂材料：有机官能团改性，此外还有医学、光学领域。

　　以石墨微晶为基础构成的，其共同点是：由石墨的微小晶体和 少量杂质构成的混合物。不同的炭素材料中，微晶的尺寸和微晶 的三维排列的有序程度有相当大的差别。 炭纤维、多孔碳材料，功能化金刚石薄膜、玻璃炭等。

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　　电化学还原法 热膨胀法 液相/气相剥离石墨法 碳化硅裂解法 化学气相沉积法

　　从左到右：在石墨烯上印好的银电极把材料分成大小为3.1英寸的区 域； 组装好的石墨烯触摸屏面板； 接到电脑上使用的石墨烯触摸屏

　　 气体分子传感器  储能材料  药物控制释放  离子筛  作为电极材料  复合材料

　　石墨可分为天然石墨和人造石墨，如等静压石墨、模压石墨、挤 压石墨（作电极材料）。

　　1）作耐火材料，如石墨坩埚、石墨模具; 2）作导电材料：在电气工业上用作制造电极、电刷、半岛综合体育官网登录入口碳棒、碳管、 石墨垫圈，，电视机显像管的涂层等; 3）用于原子能工业和国防工业：作为中子减速剂用于原子反应堆; 4）作铸造、翻砂、压模及高温冶金材料; 5）石墨可作铅笔芯、颜料、抛光剂; 6）作耐磨润滑材料，耐烧蚀材料。

　　石墨烯作为硅的替代品材料来制作晶体管器件是让科学家们颇为期待 的重要一项应用，也是最受关注的领域之一。

　　石墨烯拥有比硅更高的载流子 迁移率，而且电子在石墨烯中运 动会产生很少的热量，使用石墨 烯作为基质生产的处理器能够达 到1THz即1000GHz） 。

　　 力学性能：断裂强度可达130±10GPa，弹性模量达1±0.1TPa  电学性能：电子的传输速度为光子的1/300，室温下较高的电子迁 移率(15000cm2/(V· S)  石墨烯是能隙为零的二维半导体，是凝聚态物理学中描述无质量的 狄拉克费米子一个理想实物模型材料  载流子作有效质量为零的运动，电子没有质量  室温量子霍尔效应 载流子弹道运输 比金刚石更大的硬度  光学性能：对近红外、可见光及紫外光均具有优异的透过性，可吸 收大约2.3%的可见光 。

　　金刚石合成已有40多年的历史。其合成方法大致可分为两类： 石墨转化法（静态超高压高温法动态法）和气相合成法 1954 年人造金刚石在美国通用电气公司的诞生，揭开了人工合 成金刚石发展的序幕，它是静态高压高温技术发展的重大成果。 化学气相沉积 (CVD) 金刚石膜的问世是人工合成金刚石技术发 展的第二次大飞跃。20世纪50年代和60年代，美国、苏联等国先 后在低压下实现了金刚石多晶膜的化学气相沉积。1987年“金刚 石薄膜”的合成在世界上兴起，但合成方法归纳起来主要有 CVD

　　1772年，拉瓦锡做了燃烧金刚石和木炭的实验 后，确定两种 物质燃烧都产生CO2，因而金刚石和木炭具有相同的成分。  1776年（1787），拉瓦锡借鉴拉丁语的木炭“carbo”，将碳 的英文名定为“Carbon”。并于1789年，碳作为元素被列入第一 张元素表中。 I 栏：简单物质 光、热质、氧、氮、氢 II 栏：非金属简单物质 硫、磷、碳、盐酸基、氟酸基、硼 酸基 III栏：金属简单物质 锑、银、砷、铋、钴、铜、锡、铁、 锰、汞、钼、镍、金、铂、铅、钨、锌 IV 栏：土类简单物质 石灰、镁土、钡土、铝土、硅土

　　“炭”与“碳”二字有联系又有区别: 碳：指碳元素、碳单质总体、含碳化合物及其众多的衍生物时用“碳” 如碳水化合物、碳酸盐、碳氢化合物。 炭：指由碳元素形成的单质，指的是具体物质。 C/H 比在 10 以上，主 要由碳元素组成、多数为固体材料，如煤炭、焦炭、炭黑、活性炭、 炭电极、炭块、炭纤维等。

　　超级计算机芯片-目前世上电阻率 最小的材料，电阻率仅为10-6 Ω•cm

　　铟锡氧化物半导体透明薄膜（ ITO ），但铟在地球上含量有限；同时 ITO材料在近红外光区的透光性比较差，不利于制造柔性器件。 石墨烯不仅具有非常高的导电性，而且拥有更高的强度和更好的韧性，

　　1985年，英国Sussex大学的H.W.Kroto和美国Rice大学的Smalley及Curl等人发 表文章，宣布笼形分子C60的发现（一种由60个碳原子组成的稳定原子簇）。 此后又发现了C50、C70、C240乃至C540等，它们都具有空心的球形结构，属于笼 形碳原子簇分子。由于C60的结构类似建筑师Buckminster Fuller设计的圆顶建筑， 因而称为富勒烯(Fullerence)。从化学和材料科学的角度来看，富勒烯具有重要 的学术意义和应用前景。

　　氢气的吸附和脱附可在常温进行，只要改变压力即可；储氢量大，纯净单 壁碳纳米管达5.0~10%(一般7.4%)，符合美国能源部的标准（6.4%质量分数）

　　碳 纳 纳米碳管在化学传感器中的应用 米 由于碳纳米管暴露在NO2和NH 管 3时，电导发生明显的增加或减小，奠 触 定了在气体化学传感器应用的基础。 Kong. J 等人测定了 SWNT 在 NO2 摸 和NH3通过时，碳纳米管电导随电压的变化情况。 Science，2000, 287：622-625 屏  电导 NO2 3个数量级；电导 NH3 2个数量级

　　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。如固定激光器件的散热片、红外激光器的 窗口材料，各种钻头、磨料等。 天然金刚石稀少，只限于用作装饰品，工业应用以人工合成 金刚石为主。 近年来，金刚石功能化薄膜、微晶金刚石、纳米金刚石拓宽 了传统意义上的金刚石的应用领域。