材料科普：几句话说清高端碳材料学术资讯

来源：今日新材料

碳原子的结构是一切原理的根源

碳原子拥有6个质子，所以也拥有6个电子，其中2个电子在内层，比较老实，另外4个电子在外层，比较活跃；正是这4个电子，决定了碳原子拥有了诸多奇妙的性质。

当碳原子把4个电子分别与另外的碳原子分享时，就形成了4个化学键，这种结构超级稳定，我们从晶体结构中就可以想见，积木如果能这么塔，也是相当稳定了。这种结构就是我们熟悉的——钻石。

在石墨中，每个碳原子拿出来3个电子与其它碳原子分享，另外剩一个电子就在外面自由地游走着。因此形成了层状结构，而层与层之间是原子间的作用力“范德华力”，所以联结比较弱，很容易剥离，这就是石墨柔软的原因，也是铅笔的原理了。石墨有金属光泽，钻石没有，原因同样来自于结构。钻石的每个电子都在化学键中，没有自由的电子，这也是钻石不导电的原因。而石墨中有大量的自由电子，导电性非常好，大量自由电子形成了一个“电子海”，成为“小光子的电磁跳跃床”，会反射光线，所以石墨和金属一样拥有散发光泽的魅力。

1772年，化学之父拉瓦锡做了一个有趣的但同时很烧钱的实验——烧钻石！他把钻石加热，然后怎么样了呢？然后就——没了！什么都没剩下，一颗钻石被烧得一干二净，彻底消失了！拉瓦锡的内心肯定是崩溃的，不过做这种实验应该预料到结果的。下面的实验展现了化学之父的天才，他接下来又拿了一颗钻石，然后在真空中加热，发现这回没有消失，而是变成了石墨！这是人类历史上第一次知道了，原来钻石跟石墨一样都是碳原子而已呀！既然钻石可以变成石墨，那么如果能让石墨变成钻石岂不是一夜暴富。直到1953年，人造钻石真正诞生了。许多刀具的尖端镶嵌着人造钻石。但是问题在于，“欲速则不达”，加速制造的过程会让钻石产生缺陷，使得钻石难以避免的产生一些颜色，而钻石的价值是来自于它的纯正。

如果把石墨纺成细丝，再用细丝织成布，再将布纵向卷起，就会有极高的强度和硬度，这就是碳纤维了。

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