方程解的结果为电子只能存在于不同的能带区域，从内到 外分别称为第一、第二、第三布里渊区。 可以笼统地将能带分为价带和导带，之间为禁带。 禁带宽度不大于0eV时，为导体；大于0时，为半导体或绝缘体。半岛综合体育官网登录入口

　　• 金刚石禁带宽度达 5.47eV，具有极强的绝缘能力 • 掺杂 半导体

　　阶段 I 年份 ~ 1960 碳材料的发展 人造石墨 大规模制造 以千克或以吨计

　　• 石墨中除了Sigma键 之外，还有一个离域 大Pi • 共有电子 导电性

　　只有当固体内包含有具 有固有磁矩的电子结构 时才会引起顺磁化。具 有饱和电子结构的固 体，没有固有磁矩，是 抗磁性的 • 杂质和缺陷一般具有未配对的 电子，它们的自旋会贡献一定 的顺磁性。因而，容易表现为 顺磁性。 载流子运动也会产生顺磁性

　　活性碳和多孔碳 碳纤维及碳纤维增强材料 石墨，膨胀石墨和柔性石墨 石墨层间化合物 人造石墨和高密度各向同性石墨 金刚石和类金刚石 玻璃碳

　　• 金刚石和石墨都是饱和电子结构，结晶完美时都是抗磁的 • 石墨中杂质和缺陷，导体-顺磁 • 金刚石不易掺杂，绝缘-抗磁

　　• 金刚石 高的折射率（可见 光区域n=2.42），低的吸收 系数，在红外和紫外光的大 部分都具有极好的透过性能 • 类金刚石膜 黄色 低的折射 系数 • 拉曼光谱

　　按照量子力学的观点，固体中的热容与固体中的晶格振动频率 密切相关，它们之间的关系满足德拜函数 德拜温度越高，表明固体中的弹性波速越大，在同样温度下， 热容越低

　　碳单质的化学性质 燃烧 化学稳定性（抗氧化性） 固相反应还原剂 石墨层间的插入(GICs) • 耐热 • 耐腐蚀

　　碳的机械性质 • 金刚石是自然界最硬的固体 • 纳米金刚石及类金刚石薄膜的硬度

　　类金刚薄膜的力学性能与薄膜的密度，半岛综合体育官网登录入口薄膜中的sp3键含量密切 相关。随着sp3含量增加，硬度迅速上升

　　• 金刚石和石墨层表面具有极大的表面张力，多数液体的表 面张力比较小，相似相润，因而对多数液体的润湿性较差 • 石墨的C轴方向的表面张力则非常小，石墨C轴方向一般 具有良好的润湿性。

　　物理吸附 在高温低压下脱附，可逆 化学吸附 发生化学作用，不可逆 • • 金刚石表面以及石墨C轴方向作为表面时，它们的悬挂键有强 烈的极性，因此存在大的物理吸附能力。 引入不同的官能团，可能改善对不同物质的吸附能力。

　　• 波音787上使用的碳纤维含量8-9吨，占总量的9%: ⑴ 垂直安定面翼盒；⑵ 平尾翼盒；⑶ 方向舵；⑷ 升降 舵；⑸ 前后缘壁板；⑹ 地板梁70根；70⑺ 外侧副翼； ⑻ 外侧襟翼；⑼ 襟翼；⑽ 襟副翼；⑾ 整流包皮；⑿ 内 外侧扰流板；⒀ 后缘壁板；⒁ 发动机短舱；⒂ 发动机支 架整流罩；⒃ 前起落架舱门；⒄ 机身下主起落架舱门； ⒅ 固定前缘； A380-800复合材料的用量高达30-35吨，主要是碳纤维复 合材料，包括中翼盒、机头和驾驶舱等。

　　能带理论认为：固体中的电子不再束缚于个 别的原子，而是在整个固体内运动，称为共 有化电子。 晶格具有周期性 晶体中的电子是在一个具有晶格周期性的等 效势场中运动

　　• • 非常大的比表面积，优良的耐热性 直接用为催化剂或作为催化剂载体。

　　• 石墨是除重水外最好的慢化材料。 核裂变：中子的速度为2×107米/秒， • 石墨也是良好的反射材料

　　中子散射截面大 吸收截面小 – 核纯 质量数低 – 耐辐照损伤。 单位体积内的原子密度高

　　相图，也称相态图、 相平衡状态图，是 用来表示相平衡系 统的组成与一些参 数（如温度、压力） 之间关系的一种图。 它在物理化学、矿 物学和材料科学中 具有很重要的地位。

　　碳纤维的性能：高拉伸强度、高拉伸模量、半岛综合体育官网登录入口低密度、耐 高温、抗烧蚀、耐腐蚀、高电导和热导、低热膨胀、自 润滑和生物相容性好。 碳纤维的结构：是不完全的石墨结晶沿纤维轴向排列的 物质，是由sp2碳组成的六角形网面层状堆积物，各平 行层堆积不规则，缺乏三维有序排列，呈乱层结构。

　　六方晶系石墨 菱形石墨 大量介于晶体和无 定型组织结构之间 的石墨 碳纳米管 单壁 、 多壁 石墨烯

　　固体中格波的非谐作用，使得原子在振动时引起一定的相互斥 力，从而引起热膨胀现象

　　固体中的热导率主要由声子的平均自由程决定 声子的平均自由程取Байду номын сангаас于两个因素：声子之间的相互碰撞，固体 中缺陷对声子的散射 低温下的固体具有高的热导率，因为参与热传导过程的声子数急 剧减少，自由程增大

　　石墨a轴方向为共价键，c轴方向 为结合力非常弱的分子力，因而 石墨的力学性能在a轴和c轴方向 有明显的区别