碳是自然界中最常見的元素之一，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)被稱為是“超碳時(shí)代”，下面讓我們來看看碳材料家族都有哪些重要“人物”。
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。
應(yīng)用領(lǐng)域：
最新動(dòng)態(tài)：日前，中科大選取反應(yīng)活性非常高的C60材料為前驅(qū)體，用KOH在500-700攝氏度，氨氣氣氛下進(jìn)行處理后，獲得了主要由SP2共價(jià)鍵構(gòu)成的N摻雜多孔碳材料，該材料的N含量為7.8wt%，在100mA/g的電流密度下，該材料的可逆比容量達(dá)到1900mAh/g，在5A／g的高電流密度下，比容量達(dá)到600mAh/g，在5A/g的電流密度下，循環(huán)2000次，平均的容量衰降速度僅為0.03%/次。
2、碳纖維
碳纖維是含碳量高于90%的無機(jī)高分子纖維，其中含碳量高于99%的稱為石墨纖維，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。
應(yīng)用領(lǐng)域：
最新動(dòng)態(tài)：目前已商品化的碳纖維（CF）產(chǎn)品最高強(qiáng)度為7 GPa，中國剛突破的研發(fā)水平為6.3Gpa；最新研發(fā)成功的超碳纖維（UCF）是日本東麗TORAYCA®的T2000，強(qiáng)度高達(dá)60GPa，相當(dāng)于碳纖維理論值（180GPa）的1/3。
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，軸向尺寸為微米級，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)的石墨卷成的無縫中空的納米級同軸圓柱體，兩端由富勒烯半球封成，碳納米管被稱為是21世紀(jì)最有前途的一維納米材料。
應(yīng)用領(lǐng)域：
最新動(dòng)態(tài)：2017年1月20日，美國雜志刊登了北大彭練矛等人在碳納米管電子學(xué)領(lǐng)域取得的世界級突破：首次制備出5納米柵長高性能碳納米管晶體管，并證明其性能超越同等尺寸硅基CMOS場效應(yīng)晶體管，將晶體管性能推至理論極致。
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)碳原子周圍只有3個(gè)碳原子與其相連，碳與碳組成了六邊形的形狀，無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。
應(yīng)用領(lǐng)域：
最新動(dòng)態(tài)：2017年2月21日，北京碳世紀(jì)科技有限公司發(fā)布中國首款石墨烯鋰離子五號充電電池。與普通5號干電池、充電電池相比，該款電池優(yōu)勢明顯，可循環(huán)使用3萬次以上，能夠在-45℃~60℃的環(huán)境下使用，這些性能都是普通電池所不能及的。最為重要的是，該款電池能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)，產(chǎn)品發(fā)布也代表了正式投入市場。
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。
世界上最大的金剛石-庫里南鉆石
應(yīng)用領(lǐng)域：
最新動(dòng)態(tài)：歐盟科技人員利用納米金剛石表面致密，沒有任何物質(zhì)能通過其表面擴(kuò)散的特性，將其作為植入體與人體神經(jīng)組織之間的介質(zhì)材料，有望在人工視網(wǎng)膜植入和磁共振成像（MRI）領(lǐng)域取得重要突破。
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。
應(yīng)用領(lǐng)域：
最新動(dòng)態(tài)：2016年1月6日，國家發(fā)改委將氣凝膠材料列入國家重點(diǎn)節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄。
2016年12月5日，東華大學(xué)俞建勇等人在超輕生物質(zhì)衍生碳基納米纖維氣凝膠研究上取得了突破性進(jìn)展。利用納米纖維“三維網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)”新方法將靜電紡納米纖維和新型生物質(zhì)碳源構(gòu)建為超輕質(zhì)、超彈性碳基納米纖維氣凝膠，該氣凝膠具有類蜂巢網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，且其固態(tài)材料密度僅為0.14mg/cm3。
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)層石墨片層緊密圍繞納
米金屬顆粒有序排列，形成類洋蔥結(jié)構(gòu)，納米金屬離子則處于洋蔥的核心。
理想化的石墨片層包裹金屬顆粒的模型圖
應(yīng)用領(lǐng)域：
最新動(dòng)態(tài)：中科院科研人員基于液相激光熔蝕（Laser ablation in liquids，LAL）技術(shù)，成功獲得了洋蔥層狀碳包覆的Co3C/OLC納米粒子。
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