【科普】史上最全的碳材料⼤汇总！
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炭材料是主要以煤、⽯油或它们的加⼯产物等有机物质作为主要原料经过⼀系列加⼯处理过程得到的⼀种⾮⾦属材料，其主要成分是碳。⾦刚⽯、⽯墨、咔宾、⽯墨烯、碳纳⽶管、炭/炭复合材料都属于炭材料。
⼀、什么是炭材料
炭材料是主要以煤、⽯油或它们的加⼯产物等有机物质作为主要原料经过⼀系列加⼯处理过程得到的⼀种⾮⾦属材料，其主要成分是碳。⾦刚⽯、⽯墨、咔宾、⽯墨烯、碳纳⽶管、炭/炭复合材料都属于炭材料。
⼆、炭的起源---“big bang”理论
三、炭材料的发展史
四、炭材料的应⽤
1、机械⼯业：轴承、密封元件、制动元件等；
2、电⼦⼯业：电极、电波屏蔽、电⼦元件等；
3、电器⼯业：电刷，集电体、触点等；
4、航空航天：结构材料，绝热、耐烧蚀材料等；
5、核能⼯业：反射材料，屏蔽材料等；
6、冶⾦⼯业：电极，发热元件，坩锅、模具等；
7、化学⼯业：化⼯设备，过滤器等；
8、体育器材：球杆，球拍，⾃⾏车等；
五、第⼀代炭材料（5千-1万年前）——⽊炭
⽊炭（charcoal）是⽊材或⽊质原料经过不完全燃烧，或者在隔绝空⽓的条件下热解，所残留的深褐⾊或⿊⾊多孔固体燃料。利⽤炭的化学性质，作燃料和还原剂炼铜和炼铁。
CuO+ C→Cu + CO2
Fe2O3+ C→Fe + CO2
应⽤领域：燃料、炼钢、炼铁。
未来趋势：近⼏年我国⽊炭⾏业发展速度较快，⽊炭⾏业在国内和国际市场上发展形势都⼗分看好。体球
六、第⼆代炭材料（⼗九世纪） 1、烧结型炭材料（⼈造⽯墨）
利⽤炭的物理性质（导电、耐热、耐腐蚀、耐摩擦等），⽤于炭砖、炼钢、炼铝等（电极、电刷、各种机械、化⼯⽤炭、原⼦反应堆⽤炭等）。
在excel主要产品：电极、电刷、各种机械、化⼯⽤炭、原⼦反应堆⽤炭
应⽤领域：炭砖、炼钢、炼铝等
2、炭⿊
炭⿊（carbon black，⼜名碳⿊），是⼀种⽆定形碳。轻、松⽽极细的⿊⾊粉末，表⾯积⾮常⼤，范围从10-3000m2/g，是含碳物质（煤、天然⽓、重油、燃料油等）在空⽓不⾜的条件下经不完全燃烧或受热分解⽽得的产物。
应⽤领域：墨的原料、橡胶⼯业的轮胎、塑料、化妆品等
七、第三代炭材料（第⼆次世界⼤战后） 1、⾦刚⽯
⾦刚⽯俗称“⾦刚钻”，也就是我们常说的钻⽯的原⾝，它是⼀种由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体。⾦刚⽯是⾃然界中天然存在的最坚硬的物质。
性能：⾼热传导率，低热膨胀系数，低摩擦系数，⾼硬度，在可见光和红外光下⾼透明性，⾼折射系数，化学和放射性惰性
应⽤领域：珠宝⾸饰、切割⼯具、研磨料、不利环境中的热探头、放射性检出仪、压⼒敏感器、荧光显增器、光学窗、微型机械元件，以及⾼密度、⾼能量电⼦元件等
2、线型碳（卡宾）
线型碳是元素碳的⼀种新的同素异形体，以sp杂化成键为特征，呈线型结构。研究表明，线型碳在⾼温低密度的液体碳中存在。1968年，在前西德的Ries⽕⼭⼝的⽯墨⽚⿇岩中发现微量的线型碳。后来，⼜在陨⽯和宇宙粉尘中发现这种线型碳分⼦。前苏联学者将之命名
为'Carbyne'。最初国内介绍这种物质时译名为'卡宾'。
性能：⾼热⼒学稳定性、⽣物体的⾼亲和性等动起来歌词
应⽤领域：常温超导材料、外科⼿术的缝合线及动物硬组织材料、隐型眼镜外框、合成⾦刚⽯
3、碳纤维
碳纤维（carbon fiber，简称CF），是⼀种含碳量在95%以上的⾼强度、⾼模量纤维的新型纤维材料，是由⽚状⽯墨微晶等有机纤维沿纤维轴向⽅向堆砌⽽成，经碳化及⽯墨化处理⽽得到的微晶⽯墨材料。
性能：与钛、钢、铝等⾦属材料相⽐，碳纤维具有强度⼤、模量⾼、密度低、线膨胀系数⼩等特点
应⽤领域：航天、航空、汽车、电⼦、机械、化⼯、轻纺、运动器材和休闲⽤品
4、活性炭纤维
活性炭纤维（ACF），亦称纤维状活性炭，是性能优于活性炭的⾼效活性吸附材料和环保⼯程材料。其超过50%的碳原⼦位于内外表⾯，构筑成独特的吸附结构，被称为表⾯性固体。它是由纤维状前驱体，经⼀定的程序炭化活化⽽成。
性能：⽐表⾯积⼤、吸附性能好
应⽤领域：环保、储能材料、隐⾝材料、核防护材料、催化剂载体、⽣理除味保健、防毒防化、⾎液净化、⼈⼯肝脏和肾脏、⽔果储存保鲜、除臭除湿、⾼能电极及双层电容
5、玻璃炭
玻璃炭(Glassy Carbon)⼜称聚合炭(Polymeric Carbon)，它是由⾼纯度的交联结构的酚醛树脂
(或呋喃树脂)，经特殊⾼温热解制得。
性能：耐3000℃的⾼温，低密度，⾼透⽓性，⾼耐酸碱性以及优良的⽣物相容性
音乐英语怎么读应⽤领域：实验室分析器⽫、化学分析电极、温度计的保护管、电池电极隔板、半导体器件6、⾦刚⽯薄膜
⾦刚⽯薄膜⼜称DLC薄膜，它是⼀类性质近似于⾦刚⽯，具有⾼硬度、⾼电阻率、良好的光学性能，同时⼜具有⾃⾝独特摩擦学性能的⾮晶碳薄膜。
性能：透光、发光性，硬度⾼、耐磨、⾼膜量，光交换性
应⽤领域：⾼温晶体管、激光器件、绝缘材料等
7、⽯墨层间化合物（可膨胀⽯墨）
⽯墨层间化合物（GIC）是通式为XCy的化合物，它是使具有极性的插⼊剂(酸、碱、卤素) 分⼦或离⼦插⼊⽯墨层与碳⽹平⾯形成⽯墨层间化合物( GICs) , 也可称为可膨胀⽯墨。
性能：轻、⾼导电性、电化学性，反应性等
应⽤领域：⾼导电材料、电池活性物质、催化剂等
8、⽓相⽣长炭纤维
⽓相⽣长碳纤维，是⼀种采⽤化学催化⽓相沉积技术，在⾼温下(873K～1473K)，以过渡族⾦属(Fe、Co、Ni)或其化合物为催化剂，将低碳烃化合物(如甲烷、⼄炔、苯等)裂解⽽⽣成的微⽶级碳纤维。
怀孕能吃香蕉吗性能：极细、⽐表⾯积⼤、中空、结晶性好
应⽤领域：增强材料、催化材料、导电材料等
9、中间相沥青基炭纤维
沥青基炭纤维是以燃料系或合成系沥青原料为前驱体，经调制、成纤、烧成处理⽽制成的纤维状炭材
料。
性能：原料便宜、碳收率⾼、易制得超⾼模型炭纤维
应⽤领域：航天、航空及⾼级运动器材；民⽤⼯业领域的隔热材料、磨耗制动材料、耐腐蚀材料、导电和屏蔽材料、⾳响材料；建筑材料的⽔泥增强材料
10、碳化硅晶体
早在1824年，瑞典科学家Berzelius(1779⼀1848)在⼈⼯合成⾦刚⽯的过程中就观察到了SiC的存在，但是因为天然的SIC单晶极少，当时⼈们对SIC的性质⼏乎没有什么了解。直到1885
年，Acheson⾸次⽣长出SiC晶体之后，⼈们才开始对SIC的特性、材料制备⽅法及应⽤前景等多⽅⾯开始了深⼊研究。
性能：化学性能稳定、导热系数⾼、热膨胀系数⼩、耐磨性能好
应⽤领域：磨料、⾼级耐⽕材料、脱氧剂、电热元件硅碳棒、半导体、⽤于⽔轮机叶轮或汽缸
体的内壁的碳化硅粉末涂布
11、炭/炭复合材料
留学cv碳/碳复合材料（c-c composite or carbon-carbon composite material）是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料。
性能：低密度(<2.0g>2.0g>
应⽤领域：⽕箭发动机喷管及其喉衬、航天飞机的端头帽和机翼前缘的热防护系统、飞机刹车盘等
⼋、第四代炭材料——新型炭材料 1、富勒烯
富勒烯（Fullerene)是⼀种碳的同素异形体。任何由碳⼀种元素组成，以球状，椭圆状，或管状结构存在的物质，都可以被叫做富勒烯。富勒烯与⽯墨结构类似，但⽯墨的结构中只有六元环，⽽富勒烯中可能存在五元环。
干同学性能：具有线性和⾮线性光学特性，碱⾦属富勒烯超导性等
应⽤领域：⾮线性光学器件、光导体、超导材料、护肤品、有机太阳能电池、催化剂、抗癌药物、CVD⾦刚⽯膜、⾼强度碳纤维、⾼能轰击粒⼦
2、碳纳⽶管
碳纳⽶管，⼜名巴基管，是⼀种具有特殊结构（径向尺⼨为纳⽶量级，轴向尺⼨为微⽶量级，管⼦两端基本上都封⼝）的⼀维量⼦材料。碳纳⽶管主要由呈六边形排列的碳原⼦构成数层到数⼗层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径⼀般为2-20 nm。
性能：⾼电导率、⾼热导率、⾼弹性模量、⾼抗拉强度等
应⽤领域：纳⽶复合材料、新能源，传感器，超级电容器，场发射管
3、⽯墨烯
⽯墨烯（Graphene）是⼀种由碳原⼦构成的单层⽚状结构的新材料，是⼀种由碳原⼦以sp2杂化轨道组成六⾓型呈蜂巢晶格的平⾯薄膜，只有⼀个碳原⼦厚度的⼆维材料。
性能：⾮同寻常的导电性能、极低的电阻率极低和极快的电⼦迁移的速度、超出钢铁数⼗倍的强度和极好的透光性
应⽤领域：光电显⽰、半导体、触摸屏、电⼦器件、储能电池、显⽰器、传感器、航天、军⼯、复合材料、⽣物医药等领域
4、碳纳⽶洋葱
碳纳⽶洋葱是指尺⼨为纳⽶级，即⼗亿分之⼀⽶的⾦刚⽯，是近年来⽤爆炸技术合成的新材料，它不但具有⾦刚⽯的固有特性，⽽且具有⼩尺⼨效应、⼤⽐表⾯积效应、量⼦尺⼨效应等，因⽽展现出纳⽶材料的特性
性能：⾼硬度
应⽤领域：纳⽶⾦刚⽯与⾦属复合镀层、纳⽶⾦刚⽯抛光液、纳⽶⾦刚⽯-聚合物复合体、润滑
油、烧结体、磁性记录系统、医学
5、碳包覆纳⽶⾦属颗粒
碳包覆纳⽶⾦属颗粒（CEMNP）⼜称碳包覆纳⽶⾦属晶，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，纳⽶⾦属粒⼦则处于洋葱的核⼼。
性能：可避免环境对纳⽶⾦属材料的影响；可提⾼某些⾦属与⽣物体之间的相容性
应⽤领域：磁记录材料、锂离⼦⼆次电池负极材料、电波屏蔽材料、氧化还原催化剂、核废料处理材料、精细陶瓷材料和抗菌材料怎么做阿胶糕
6、碳⽓凝胶
2013年，浙江⼤学的科学家们研制出了⼀种超轻材料，这种被称为“全碳⽓凝胶”的固态材料密度仅每⽴⽅厘⽶0.16毫克，是空⽓密度的六分之⼀，也是迄今为⽌世界上最轻的材料。
性能：⾼弹性、强吸附
应⽤领域：海⽔淡化、相变储能保温材料、催化载体、吸⾳材料以及⾼效复合材料中国粉体技术⽹ ID:
